KR101571563B1 - 다중셀 협력 무선통신시스템에서의 상향링크 전력의 제어 방법 및 이를 지원하는 단말 - Google Patents

다중셀 협력 무선통신시스템에서의 상향링크 전력의 제어 방법 및 이를 지원하는 단말 Download PDF

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Abstract

다중셀 협력 무선통신시스템에서의 상향링크 전력의 제어 방법 및 이를 지원하는 단말을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어 기지국 및 하나 이상의 이웃 기지국들로부터의 하향링크 신호들 각각에 대한 감쇄 추정치를 계산하고, 계산된 복수의 감쇄 추정치들을 이용하여 신호 감쇄값을 구하고, 그리고 이렇게 구한 신호 감쇄값을 이용하여 개방 루프 전력 제어 파라미터를 구한다. 또한, 제어 기지국이 하나 이상의 이웃 기지국과 통신하여 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 구하여, 이 폐쇄 루프 전력 제어 정보가 포함된 신호를 생성하여 단말로 전송하면, 단말은 수신된 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 이용하여 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 구한다. 상향링크의 전송 전력은 이렇게 구한 개방 루프 전력 제어 파라미터 및/또는 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 이용하여 구할 수 있다.

Description

다중셀 협력 무선통신시스템에서의 상향링크 전력의 제어 방법 및 이를 지원하는 단말{Method for controlling uplink power for multi-cell cooperative radio communication system and terminal supporting the method}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복수의 중계국들의 협력 통신을 지원하는 무선통신 시스템에서의 상향링크 전력(Uplink Power)을 제어하는 방법과 이 방법을 지원하는 단말에 관한 것이다.
최근 정보통신 서비스의 보편화와 다양한 멀티미디어 서비스들의 등장, 그리고 고품질 서비스의 출현 등으로 인해 무선통신 서비스에 대한 요구가 급속히 증대되고 있다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 다양한 무선 통신 기술들이 여러 분야에서 연구되고 있는데, 다양한 다이버시티(Diversity) 기법과 이웃 기지국(Base Station) 등을 이용한 협력 전송 기법 등이 그것들 중의 일례이다.
다이버시티 기법은 통신의 신뢰성을 확보하기 위하여 동일한 데이터를 반복하거나 및/또는 중복해서 전송하는 것을 말한다. 동일한 데이터가 서로 독립적인 다수의 경로, 즉 다이버시티 브랜치(Diversity Branch)를 통해 전송된다면, 일부 경로의 데이터에서 오류가 발생하더라도 나머지 다른 경로의 데이터로부터 원래 데이터를 복원할 수 있다. 따라서 서로 독립적인 다중 경로를 통해 안정적인 데이터의 송신 및/또는 수신을 이루기 위하여 제안된 방법이 바로 다이버시티 기법이다. 다이버시티 기법의 종류로는 서로 다른 주파수로 신호를 전송하는 주파수 다이버시티(Frequency Diversity) 기법, 서로 다른 시점에서 신호를 전송하는 시간 다이버시티(Time Diversity), 다수의 전송 안테나를 사용하는 공간 다이버시티(Spatial Diversity) 등이 있다.
최근에는 복수의 기지국의 협력 통신을 이용하여 다이버시티 이득(Diversity Gain)을 얻을 수 있는 다중셀 협력 무선통신 시스템(Multi-cell Cooperative Radio Communication Network)에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다. 다중셀 협력 통신은 셀 커버리지의 확장(Cell Coverage Extension), 데이터처리율 향상(Throughput Enhancement), 셀 경계 지역에서의 성능 향상 등을 제공하기 위하여 도입되었다. 이러한 '다중셀 협력 무선통신 시스템'은 다수의 중계국을 이용하여 다이버시티 전송을 수행하는 무선통신시스템이라고 할 수 있다.
한편, GSM(Global System for Mobile Communications)/GPRS(General packet radio Service)/EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution) 통신 시스템이나 3세대 및 차세대 무선 통신 시스템에서, 단말은 자신이 속한 셀(Serving Cell)의 신호 세기(Rx Signal Level)와 신호 품질(Signal quality)를 주기적으로 측정한다. 측정된 신호 세기 및/또는 신호 품질에 관한 정보는 다양한 용도로 이용되며, 특히 단말에서 상향링크를 위해 출력되는 전력(이하, '상향링크 전력(Uplink Power)'이라 한다)을 결정하는데 이용될 수 있다.
상향링크 전력을 제어하는 것은 무선통신 시스템의 기본적인 요소이다. 상향링크 전력을 제어하는 목적은 기지국에서의 수신 신호의 크기를 적절한 수준으로 조절하는데 있다. 수신 신호의 크기를 적정한 수준으로 유지함으로써, 단말에서의 불필요한 전력 소모를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 데이터 전송률 등을 적응적으로 결정함으로써 전송 효율을 향상시키는데 유용하다.
일반적으로 상향링크 전력을 제어하는 것은 크게 두 가지 요소로 구성되는데, 개방 루프 전력 제어(Open Loop Power Control)와 폐쇄 루프 전력 제어(Closed Loop Power Control)이 그것이다. 전자는 먼저 하향링크의 신호 감쇄를 측정 또는 추정하여 상향링크의 신호 감쇄를 예측하여 상향링크 전송 전력을 보상하는 부분과 함께 해당 단말에게 할당된 무선 자원의 양이나 전송하는 데이터의 속성을 고려하여 상향링크 전력을 결정하는 부분을 포함한다. 그리고 후자는 기지국으로부터 전달받은 페쇄 루프 전력 제어 메시지 등에 포함된 정보를 이용하여 상향링크 전력을 조절하는 부분이다. 수학식 1은 이러한 방식에 따라서 상향링크의 전송 전력을 결정하는 방법을 보여 주는 식이다.
Figure 112008076043732-pat00001
여기서, P(i)는 i번째 시점의 샹향링크 전송 전력, PMAX는 단말의 최대 전송 전력을 나타낸다. 그리고 PL은 하향링크 신호의 감쇄(pathloss) 추정치를 나타내고, α와 A(i)는 i번째 시점에서의 상위 계층 신호 및 전송하는 데이터의 속성, 할당된 자원의 양 등에 의해 주어지는 파라미터(Parameter)를 나타내는데, 이 두 부분은 개방 루프 전력 제어에 해당된다. 또한, f(i)는 기지국으로부터의 폐쇄 루프 전력 제어 메시지에 포함된 정보에 의해 결정된 i번째 시점의 전력 제어값을 나타내며, 폐쇄 루프 전력 제어에 해당된다.
이러한 수학식 1에서, 개방 루프 전력 제어의 가장 큰 목적은 상향링크의 신호 감쇄 정도가 하향링크의 신호 감쇄 정도와 일치한다는 가정하에서, 추정되거나 계산된 하향링크의 신호 감쇄 정도를 반영하여 단말에서의 전송 신호의 크기, 즉 상향링크 전력을 적절한 수준으로 맞추기 위한 것이다. 여기서, 적절한 전송 신호의 크기는 파라미터 A(i)에 의해 결정된다. 그리고 수학식 1의 f(i)에 해당하는 폐쇄 루프 전력 제어는 상향링크와 하향링크에서의 신호 감쇄의 비일치성과 평균적인 신호 감쇄보다 빠른 시간 스케일로 변화하는 채널 페이딩(Channel Fading)을 보상하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 상향링크 전력을 제어하는 방법은 개방 루프 전력 제어 파라미터와 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 포함한다. 이 중에서, 전자는 단말이 속하는 셀의 기지국으로부터의 하향링크 신호 감쇄를 추정하고 이를 보상하는 형태로 전력 제어를 하기 위한 인자인데, 예컨대 단말에서부터 그 단말이 연결된 기지국까지의 거리가 더 멀어져서 하향링크의 신호 감쇄가 크면 상향링크의 전송 전력을 더 높이는 방식으로 상향링크 전력을 제어한다. 그리고 후자는 기지국에서 상향링크 전송 전력을 조절하는데 필요한 정보(제어 신호)를 직접 전달하는 방식으로 상향링크 전력을 제어한다.
그런데, 이러한 종래의 상향링크 전력을 제어하는 방법은 기지국간의 협력 통신을 가정하지 않은 것이다. 보다 구체적으로, 기존의 상향링크 전력을 제어하는 방법에 의하면, 각 단말은 개방 루프 전력 제어에서는 자신이 속한 셀의 기지국으로부터의 신호 감쇄만을 고려하며 또한 폐쇄 루프 전력 제어에서도 자신이 속한 셀의 기지국으로부터 제어 신호를 수신하는 것을 가정하고 있다. 따라서 전술한 종래의 상향링크 전력의 제어 방법은 여러 기지국들의 협력을 통하여 상향링크 신호를 전송하는 환경에 그대로 적용하기에는 부적절하다.
예를 들어, 비록 단말이 속한 셀의 기지국으로부터는 신호 감쇄가 크지만, 이웃 기지국과의 협력을 통하여 충분한 품질의 상향링크 신호를 만들 수 있다고 가정하자. 이 경우에, 종래의 방법을 그대로 적용할 경우(기지국들 사이의 협력 통신을 고려하지 않는 경우)에는 상향링크 전력을 상당히 높여야 하는데, 단말의 상향링크 전력을 높이게 되면 단말의 에너지 소비가 증가하는 것은 물론 높은 전력으로 전송되는 신호는 다른 단말의 통신에 악영향을 미칠 우려가 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 하나의 과제는 기지국들 사이의 협력을 통하여 통신이 이루어지는 다중셀 협력 무선통신 시스템에서 복수의 기지국을 통한 협력 통신을 고려할 수 있는 상향링크 전력을 제어하는 방법과 이를 지원하는 단말을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 하나의 과제는 다중셀 협력 무선통신 시스템에서 단말이 속한 기지국으로부터의 하향링크 신호의 감쇄가 큰 경우에도 이웃 기지국을 고려하여 상향링크 전력을 적절하게 제어할 수 있는 상향링크 전력을 제어하는 방법과 이를 지원하는 단말을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 하나의 과제는 다중셀 협력 무선통신 시스템에서, 셀들 사이의 협력 통신 여부 및/또는 셀들 사이의 협력 방식 등과 같은 협력 통신 방식을 고려하여 적응적으로 상향링크 전력을 결정할 수 있는 상향링크 전력을 제어하는 방법과 이를 지원하는 단말을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 상향링크의 전송 전력을 제어하는 방법은, 제어 기지국 및 하나 이상의 이웃 기지국들로부터의 하향링크 신호들 각각에 대한 감쇄 추정치를 계산하는 단계, 계산된 복수의 상기 감쇄 추정치를 이용하여 신호 감쇄값을 구하는 단계, 및 상기 신호 감쇄값을 이용하여 개방 루프 전력 제어 파라미터를 구하는 단계를 포함한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 상향링크의 전송 전력을 제어하는 방법은 다중셀 협력 무선통신 시스템에서의 상향링크 전력을 제어하는 방법이고, 또한 단말의 상향링크 전력은 상기 단말이 속하는 셀의 기지국 의 신호 감쇄와 함께 상기 단말이 속하지는 않지만 상기 단말의 통신에 협력하는 이웃 셀의 기지국의 신호 감쇄를 고려하여 결정한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상향링크의 전송 전력을 제어하는 방법은 제어 기지국이 하나 이상의 이웃 기지국과 통신하여 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 구하는 단계, 상기 제어 기지국이 상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보가 포함된 신호를 생성하여 단말로 전송하는 단계, 및 상기 단말이 수신된 상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 이용하여 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 구하는 단계를 포함한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상향링크의 전송 전력을 제어하는 방법은 제어 기지국과 하나 이상의 이웃 기지국으로부터 각각 폐쇄 루프 전력 제어 정보가 포함된 신호를 수신하는 단계, 및 수신된 복수의 상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 이용하여, 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 구하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 다중셀 협력 무선통신 시스템에서 복수의 기지국을 통한 협력 통신을 고려하여 상향링크 전력을 제어할 수가 있다. 특히, 단말이 속한 기지국으로부터의 하향링크 신호의 감쇄가 큰 경우에도 이웃 기지국을 고려하여 상향링크 전력을 적절하게 조절함으로써, 상향링크의 전송 전력이 과도하게 증가하여 단말의 소비 전력이 불필요하게 낭비되거나 또는 이웃 단말의 통신에 과도 한 간섭 현상을 일으키는 것을 방지할 수가 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 기지국들 사이에서 협력 통신을 수행하는 방법에 따라서 적응적으로 상향링크의 전송 제어를 제어할 수가 있기 때문에, 효율적인 전송 전력의 제어가 가능하다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 다중셀 협력 무선통신 시스템의 일례의 구성을 보여 주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 다중셀 협력 무선통신 시스템은 단말(MS), 단말이 속한 셀의 기지국(Serving BS), 및 M(M은 1이상의 정수)개의 이웃한 셀의 기지국(Neighboring BS)을 포함한다. 다중셀 협력 무선통신 시스템은 음성, 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위해 널리 배치될 수 있으며, Serving BS 뿐만이 아니라 Neighboring BS도 하향링크(DownLink, DL) 및/또는 상향링크(UpLink, UL) 신호의 송수신에 참여한다.
단말(MS)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, 사용자 장치(User Equipment, UE), 사용자 단말(User Terminal, UT), 가입자 기기(Subscriber Station, SS), 무선기기(wireless device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 단말(MS)은 적어도 트랜시버(Transceiver)와 프로세서(Processor)를 포함하는데, 트랜시버는 이동통신 네트워크와 같은 무선 네트워크를 통해 단말(MS)이 각종 시그널과 데이터(상향링크 신호와 하향링크 신호)를 송수신할 수 있도록 하기 위한 개체이며, 프로세서는 단말의 동작을 제어하고 또한 트랜시버를 통해 송신될 상향링크 신호를 생성하거나 수신된 하향링크 신호를 해독한다. 또한, 프로세서는 후술하는 본 발명의 실시예에 따라서 상향링크 전력을 제어하는 기능을 수행한다.
그리고 기지국(Serving BS, Neighboring BS)은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, 노드-B(Node-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(BS)은 신호 감쇄를 측정하는데 사용할 수 있도록 소정의 신호를 단말(MS)에게 주기적으로 전송할 수가 있으며, 또한 폐쇄 루프 전력 제어를 위한 제어 신호를 생성하여 단말(MS)에게로 전송한다. 후자의 경우에, 단말이 속한 셀의 기지국(Serving BS)은 다른 이웃 기지국(Neighboring BS)과의 정보 교환을 통하여, 적절한 제어 신호를 생성할 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예는 다양한 무선통신 시스템에 적용될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예는 복수의 전송 안테나뿐 아니라 하나의 전송 안테나를 갖는 통신 시스템에도 적용할 수 있다. 이러한 무선통신 시스템은 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output, MIMO) 시스템 또는 다중 입력 단일 출력(Multiple Input Single Output, MISO) 시스템뿐만 아니라, 단일 입력 단일 출력(Single Input Single Output, SISO) 시스템이나 단일 입력 단일 출력(Single Input Multiple Output, SIMO) 시스템일 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예는 무선통신 시스템의 채널 코딩 방식에 무관하게 적용될 수 있는데, 길쌈 부호(Convolution Code), 터보 부호(Turbo Code) 등 널리 알려진 다양한 방식이 이용 될 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예는 Serving BS과 Neighboring BS가 협력하는 구체적인 방식과는 무관하게 모든 다중셀 협력 무선통신 시스템에 적용될 수 있다. 즉, 다중셀 협력 무선통신 시스템에서 하향링크 신호를 Serving BS과 Neighboring BS에서 전송하는 구체적인 방식이나 Serving BS과 Neighboring BS에서 수신된 상향링크 신호를 결합하는 구체적인 방식 등과는 무관하게 다중셀 협력 무선통신 시스템에 적용될 수 있다.
또한, 후술하는 본 발명의 실시예는 중계국(Relay Station)을 포함하는 무선통신 시스템에도 적용될 수 있다. 중계국을 포함하는 무선통신 시스템에서는 일반적으로 기지국의 커버리지 내에 있는 단말들은 기지국과 직접 통신하거나 및/또는 하나 또는 그 이상의 중계국(Relay Station, RS)을 거쳐서 기지국과 통신할 수 있다. 이와 같이, 다수의 중계국의 협력을 통하여 통신이 이루어지는 무선통신 시스템을 다중중계국기반 협력 무선통신 시스템이라고 하는데, 후술하는 본 발명의 실시예는 이러한 다중중계국기반 협력 무선통신 시스템에도 적용될 수가 있다. 본 발명의 실시예가 다중중계국기반 협력 무선통신 시스템에 적용되는 경우에, 도 1의 기지국(Serving BS 및 Neighboring BS)은 각각, 해당 셀의 기지국이나 상기 기지국과 단말 사이의 통신을 중계하는 하나 또는 그 이상의 중계국에 대응한다.
다음으로 본 발명의 실시예에 따른 다중셀 협력 무선통신 시스템에서의 상향링크 전력을 제어하는 방법에 관하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 도 1과 같은 다중셀 협력 무선통신 시스템에서의 기지국(Serving BS 및 Neighboring BS)간의 협력 통신을 고려하여 단말(MS)에서의 상향링크 전력을 제어한다. 기지국간의 협력 통신에서는 단말이 속한 셀의 기지국(Serving BS, 이하 '제어 기지국'이라고 한다)에서 상향링크 신호를 수신할 뿐만 아니라 이웃 셀의 기지국(Neighboring BS, 이하 '이웃 기지국'이라고 한다)에서 수신한 상향링크 신호도 함께 이용한다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 상향링크 전력의 제어 방법에 의하면, 상향링크를 통한 전송에는 제어 기지국에서 수신한 상향링크 신호뿐만 아니라 이웃 기지국에서 수신한 상향링크 신호도 함께 고려하며, 그 결과 상향링크 전력을 제어하는데 제어 기지국과 이웃 기지국도 함께 고려하여 상향링크의 전송 전력을 결정한다.
도 2는 다중셀 협력 무선통신 시스템에서 상향링크 전력을 제어할 경우에, 기지국간의 협력 통신을 고려하는 것의 필요성을 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 단일셀 무선통신 시스템인 경우의 제어 기지국에서의 최소 전력 크기(Required Power Level for Single Cell)는, 다중셀 협력 무선통신 시스템인 경우의 제어 기지국과 이웃 기지국에서의 최소 전력의 크기(Required Power Level for Multi-Cell)보다 크다. 이 경우에, 단말(MS)은 단일셀 무선통신 시스템에서는 전송 전력의 크기(Tx Power Level)가 최소 P1이어야 하고 단말은 최소 P1의 크기로 상향링크 신호를 전송하게 되지만, 다중셀 협력 무선통신 시스템에서는 전송 전력의 크기를 P2로 하더라도 상향링크 전송의 성공적으로 수행할 수가 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 상향링크 전력을 제어하는데 기지국 사이의 협 력을 고려함으로써, 단말이 부당하게 높은 크기의 전력을 사용하여 상향링크 신호를 전송하게 되는 것을 방지할 수가 있다.
본 발명의 실시예에서도 전술한 수학식 1에 포함된 것과 동일한 파라미터를 이용하여 상향링크의 전송 전력을 결정할 수 있다는 점에서, 형식적으로는 기존의 단일셀 무선통신 시스템에서의 상향링크 전력의 제어 방법과 크게 차이가 없다. 그러나 본 발명의 실시예에 의하면, 수학식 1의 각 파라미터를 구하거나 또는 결정하는데 있어서 다중셀 협력 통신을 고려(즉, 이웃 기지국으로부터의 신호 감쇄를 함께 고려하거나 및/또는 폐쇄 루프 전력 제어 신호에 이웃 기지국에서 제공하는 채널 정보 등도 고려)하기 때문에, 상기 파라미터의 의미 또는 상기 파라미터를 구하는 방법은 기존의 단일셀 무선통신 시스템에서의 상향링크의 전송 전력을 결정하는 방법과는 완전히 상이하다.
이하, 수학식 1에 표시된 바와 같이, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 상향링크 전력의 제어 방법을 개방 루프 전력 제어와 폐쇄 루프 전력 제어로 구분하여 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예에 의하면, 후술하는 개방 루프 전력 제어를 위한 방법과 폐쇄 루프 전력 제어를 위한 방법이 같이 적용될 수도 있고 또는 두 가지 방법 중에서 어느 하나의 방법만이 적용될 수도 있다는 점에 유의하여야 한다.
개방 루프 전력 제어(Open Loop Power Control)
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개방 루프 전력 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 우선 단말은 제어 기지국과 하나 이상의 이웃 기지국들로부터의 하향링크 신호 감쇄 추정치를 계산한다(S11). 이를 위하여, 본 발명의 실시예가 적용되는 다중셀 협력 무선통신 시스템에서는, 단말이 제어 기지국(Serving BS)만이 아니라 M(M은 1이상의 정수)개의 이웃 기지국(Neighboring BS)들로부터의 수신 신호에 대하여 신호 감쇄 추정치를 계산할 수 있다고 가정한다. 그리고 단말이 이웃 기지국으로부터의 신호 감쇄를 계산 또는 측정할 수 있도록, 제어 기지국은 협력 통신에 참여하는 기지국, 즉 이웃 기지국의 목록과 함께 채널 추정을 위한 정보를 단말에게 전달한다.
본 단계(S11)에서 계산하는 신호 감쇄 추정치는, 전술한 수학식 1이 본 발명의 실시예에 적용될 경우에, 파라미터 PL을 계산하기 위한 것일 수 있다. 이를 위하여, 단계 S11에서 구한 복수의 하향링크 신호 감쇄 추정치를 이용하여 소정의 방법으로 신호 감쇄값을 선택하거나 또는 선택한다(S12). 이하에서는 제어 기지국으로부터의 수신 신호에 대한 신호 감쇄값은 PL0라고 표시하고, n번째 이웃 기지국으로부터의 하향링크 신호에 대한 신호 감쇄값은 PLn이라고 표시하기로 한다.
제어 기지국으로부터의 신호 감쇄 추정치를 수학식 1의 PL값으로 하는 기존의 방법과는 달리, 본 단계(S12)에서는 복수의 하향링크 신호 감쇄 추정치를 이용하여 신호 감쇄값, 즉 수학식 1의 PL값으로 구한다. 따라서 본 발명에서는 상향링크의 전송 전력을 결정함에 있어서, 이웃 기지국들의 협력 통신을 고려할 수가 있 으며, 그 결과 단말의 전송 전력이 과도하게 높아지는 것을 방지할 수가 있다.
복수의 하향링크 신호 감쇄 추정치를 이용하는 구체적인 방법은 다양하게 설정될 수 있다.
우선, 다중셀 협력 무선통신 시스템의 경우에도 특정한 경우(예컨대, 단말이 제어 기지국에 아주 가까이 위치하는 경우 등)에는 셀간 협력이 없이 통신이 이루어질 수가 있다. 이러한 경우에는, 본 단계에서 계산하는 하향링크 신호 감쇄값은 단일셀 무선통신 시스템에서와 같은 방법으로 계산될 수 있다. 이 경우에, 본 발명의 실시예에 따른 개방 루프 전력 제어를 위한 신호 감쇄값(PLA)은 PL0가 된다.
그리고 셀간 협력이 있을 경우에는, 개방 루프 전력 제어를 위한 신호 감쇄값(PLB, PLC)은 기존의 방법과는 다르게 계산된다. 보다 구체적으로, 상기 신호 감쇄값(PLB, PLC)은 이웃 기지국이 협력을 수행하는 방법, 즉 인접한 셀들 사이에서 협력 통신을 수행하는 구체적인 형태에 따라서 달라질 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예가 협력 통신을 수행하는 방법과 신호 감쇄값을 계산하는 방법(PLB, PLC)이, 후술하는 두 가지 예와 같이, 반드시 대응하는 관계로 한정될 필요는 없다.
예를 들어, 협력 통신을 수행하는 방법이 제어 기지국과 협력 통신에 참여하는 M개의 이웃 기지국들 중에서 단말로부터 수신한 신호의 크기가 가장 큰 기지국의 상향링크 신호를 처리하는 방식이라고 하자. 이 경우에, 다중셀 협력 무선통신 시스템에서의 개방 루프 전력 제어를 위한 신호 감쇄값(도 3의 단계 S12에서의 신 호 감쇄값, PLB)은, 단계 S11에서 구한 협력에 참여하는 제어 기지국과 인접 기지국들의 하향링크 신호 감쇄 추정치들 중에서 그 크기가 가장 작은 것이 단계 S12에서의 신호 감쇄값(PLB)이 된다. 이것을 식으로 표시하면 수학식 2와 같이 표시할 수 있다.
Figure 112008076043732-pat00002
여기서, 집합 C는 해당 단말의 상향링크 신호의 수신을 위하여 협력에 참여하는 셀들의 집합으로서, 제어 기지국도 포함한다.
다음으로, 협력 통신을 수행하는 방법이 제어 기지국과 협력 통신에 참여하는 M개의 이웃 기지국들이 단말로부터 수신한 신호들을 결합하여 상향링크 신호를 처리하는 방식이라고 하자. 이 경우에, 다중셀 협력 무선통신 시스템에서의 개방 루프 전력 제어를 위한 신호 감쇄값(도 3의 단계 S12에서의 신호 감쇄값, PLC)도, 단계 S11에서 구한 협력에 참여하는 제어 기지국과 인접 기지국들의 하향링크 신호 감쇄 추정치들을 소정의 방법으로 결합하여 구한 값이 단계 S12에서의 신호 감쇄값(PLC)이 된다. 이하, 이러한 방법에 일례에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
우선, 제n 기지국이 수신한 상향링크 전송 신호가 수학식 3과 같이 표현할 수 있다고 가정한다.
Figure 112008076043732-pat00003
여기서,
Figure 112008076043732-pat00004
은 제n 기지국과의 채널 이득, P는 전송 전력, θn은 채널의 위상, S는 전송 신호, ηn은 잡음 전력을 나타낸다.
각 기지국의 잡음 전력이 같다는 가정하에서, 결합 신호의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)가 최대가 되도록 각 기지국에서의 전송 신호를 결합하면, 결합 신호는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008076043732-pat00005
수학식 4에서 우변의 덧셈 기호 뒤에 있는 잡음 성분의 전력은 각 기지국의 잡음 전력이 같다는 가정하에서, 수학식 3의 잡음 전력과 동일하다. 이러한 수학식을 이용하면, 결합 신호의 신호 감쇄는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008076043732-pat00006
단계 S12에서 신호 감쇄값을 계산하는 방법은, 단계 S11에서 구한 각 기지국에서의 하향링크 신호 감쇄 추정치를 이용하면, 이상에서 설명한 세 가지 방법에 다른 여러 방법이 더 있을 수가 있다. 그리고 이 경우에, 단말은 단계 S12에서 항상 어느 한 가지의 방법을 이용하여 신호 감쇄값을 계산하는 것이 아니라, 선택 가능한 복수의 방법(예컨대, 여러 가지 신호 감쇄 상황들 각각에 적합한 방법들) 중에서 가장 적합한 한 가지 방법을 적응적으로 선택하여 신호 감쇄값을 계산할 수도 있다.
또는, 제어 기지국이나 또는 협력 통신에 참여하는 하나 이상의 기지국에서, 단계 S12에서 신호 감쇄값을 계산하는데 사용할 방법을 지시할 수도 있으며, 단말은 지시된 방법으로 신호 감쇄값을 계산할 수도 있다. 또는, 제어 기지국이나 또는 협력 통신에 참여하는 하나 이상의 기지국에서, 다중 셀 협력 통신에 사용한 방법에 관한 정보를 단말에게 알려주고, 단말이 수신된 협력 통신 방법에 관한 정보를 이용하여, 단계 S12에서 신호 감쇄값을 구하는데 사용할 방법을 선택할 수도 있다.
계속해서 도 3을 참조하면, 단말은 단계 S12에서 계산하거나 또는 선택한 신호 감쇄값을 이용하여 상향링크의 전송 전력값을 구한다(S13). 예를 들어, 단계 S12에서 구한 신호 감쇄값을 상기 수학식 1의 PL값으로 대입하여, 상향링크의 전송 전력값을 구할 수 있다.
폐쇄 루프 전력 제어(Closed Loop Power Control)
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄 루프 전력 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 우선 제어 기지국이 협력 통신에 참여하는 하나 이상의 이웃 기지국과 통신하여 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 획득한다(S21). 여기서, '폐쇄 루프 전력 제어 정보'란 단말이 소정의 방식에 따라서 상향링크의 전송 전력을 계산할 때, 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터(예컨대, 수학식 1에서의 f(i))에 반영될 수 있는 정보를 가리킨다. 본 단계에서, 제어 기지국이 이웃 기지국과 통신하는 방법은 특별한 제한이 없다. 그리고 제어 기지국이 이웃 기지국과 통신하여 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 획득하는 구체적인 방법은 다양하게 구성될 수 있다.
예를 들어, 제어 기지국은 협력에 참여하는 각각의 이웃 기지국들이 측정한 신호의 품질을 나타내는 정보(예를 들어, SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio))를 전달받은 다음, 전달받은 정보들 중에서 최선의 품질을 나타내는 기지국만을 고려하여 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 구하거나 또는 전달받은 정보들을 이용하여 각 기지국 신호의 결합된 신호의 품질이 적정 수준으로 유지되도록 하는 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 구할 수 있다.
그리고 제어 기지국은 단계 S21에서 구한 폐쇄 루프 전력 제어 정보가 포함된 신호를 생성하여 단말로 전송한다(S22). 그리고 단말은 수신된 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 상향링크의 전송 전력값의 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터(예컨대, 수학식 1의 파라미터 f(i))에 반영한다(S23).
본 발명의 다른 실시예에 따른 폐쇄 루프 전력 제어 방법에 의하면, 제어 기지국과 협력 통신에 참여하는 모든 이웃 기지국이 폐쇄 루프 전력 제어 정보가 포함된 신호를 단말로 개별적으로 전송한다. 그리고 단말은 수신된 모든 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 이용하여, 소정의 방법으로 전송 전력값의 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터(예컨대, 수학식 1의 파라미터 f(i))를 구한다. 이러한 방법은, 네트워크 단에서 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터의 값을 특정하는 것이 아니라 상기 제어 파라미터를 구하는데 있어서 필요한 기초 정보만을 제공한다는 점에서, 도 4를 참조하여 전술한 실시예와 차이가 있다.
이러한 실시예에 의하면, 단말은 복수의 기지국으로부터 수신된 폐쇄 루프 전력 제어 정보가 서로 상충되는 경우가 발생할 수가 있다. 예를 들어, 제어 기지국은 전력을 높이라고 지시하는 제어 정보를 보내는데 반하여 다른 이웃 기지국은 전력을 낮추라고 지시하는 제어 정보를 보낼 수가 있다. 이 경우에, 단말은 상충되는 제어 정보의 구체적인 내용(예를 들어, 서로 반대되는 지시를 하는 것인지 아니면 동일한 지시 내용을 담고 있지만 그 정도가 차이가 있는지 등), 상충되는 제어 정보를 전송한 기지국들 사이의 우선 순위(예를 들어, 각 기지국으로부터 단말까지의 거리, 각 기지국의 성능(송수신 파워), 및/또는 채널 상황 등에 따라서 적절한 우선순위를 부여하거나, 또는 제어 기지국은 무조건 제일 높은 우선순위를 부여하고 나머지 이웃 기지국들만 소정의 조건에 따라서 우선순위를 부여할 수도 있다), 및/또는 하향링크 신호의 신호 감쇄의 크기 등을 고려하여, 기지국들로부터의 상충되는 제어 신호를 적절하게 처리할 수 있다.
이러한 실시예의 일례에 의하면, 단말은 하향링크 신호 감쇄가 가장 작은 기지국으로부터 전달되는 신호가 가장 중요한 것으로 간주하고, 상충되는 제어 신호를 전송한 기지국들 중에서 하향링크 신호 감쇄의 추정치가 가장 작은 기지국으로부터 수신한 폐쇄 루프 전력 제어 정보에 따를 수 있다. 또는, 단말은 각 기지국으로부터 수신한 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 단순 평균하거나 또는 적절히 가중 평 균하여 취한 값으로 폐쇄 루프 전력 전력 제어 파라미터를 설정할 수도 있다. 후자의 경우에, 각 기지국에 대한 가중치는 각 기지국으로부터의 하향링크 신호 감쇄 추정치를 이용하여 결정할 수 있는데, 예를 들어 상기 하향링크 신호 감쇄 추정치에 대한 감소 함수로 나타낼 수도 있다.
또는, 실시예에 따라서는, 단말은 수신된 폐쇄 루프 전력 제어 정보들 중에서 하나라도 전력을 높일 것을 지시하는 경우에는, 무조건 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 적절히 조절하여 상향링크의 전송 전력이 증가하도록 할 수도 있다. 이러한 경우에는, 단말은 모든 기지국에 대하여 신호를 안전하게 전송할 수가 있다. 반대로, 단말은 수신된 폐쇄 루프 전력 제어 정보들 중에서 하나라도 전력을 낮출 것을 지시하는 경우에는, 무조건 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 적절히 조절하여 상향링크의 전속 전력이 감소하도록 할 수도 있다. 이러한 경우에는, 단말은 적어도 하나의 기지국에 대하여 신호를 안전하게 전송할 수가 있다.
이상에서 상세하게 설명한 본 발명의 실시예는 단지 본 발명의 기술 사상을 보여주기 위한 예시적인 것으로서, 상기 실시예에의 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호 범위는 후술하는 본 발명의 특허청구범위에 의하여 특정된다.
도 1은 본 발명의 실시예가 적용될 수 있는 다중셀 협력 무선통신 시스템의 일례의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 2는 다중셀 협력 무선통신 시스템에서 상향링크 전력을 제어할 경우에, 기지국간의 협력 통신을 고려하는 것의 필요성을 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개방 루프 전력 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐쇄 루프 전력 제어 방법을 보여 주는 흐름도이다.

Claims (21)

  1. 상향링크의 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    (a) 제어 기지국 및 하나 이상의 이웃 기지국들로부터의 하향링크 신호들 각각에 대한 감쇄 추정치를 계산하는 단계;
    (b) 계산된 복수의 상기 감쇄 추정치를 이용하여 신호 감쇄값을 구하는 단계; 및
    (c) 상기 신호 감쇄값을 이용하여 개방 루프 전력 제어 파라미터를 구하는 단계를 포함하되,
    상기 단계 (b)에서는 상기 제어 기지국과 상기 이웃 기지국들 사이의 셀간 협력 통신 방법에 기초하여 상기 신호 감쇄값을 구하고,
    상기 셀간 협력 통신 방법은 상기 제어 기지국이 수신한 상향링크 신호와 상기 이웃 기지국들 각각이 수신한 상향링크 신호를 결합하는 방식이고, 상기 단계 (b)의 신호 감쇄값은 상기 단계 (a)에서 구한 복수의 상기 감쇄 추정치들의 함수로 표시할 수 있으며,
    상기 제어 기지국은 수신한 상향링크 신호들 중에서 품질이 가장 좋은 상향링크 신호를 선택하고, 상기 단계 (b)의 신호 감쇄값은 상기 제어 기지국과 상기 이웃 기지국들 중에서 가장 작은 값을 가지는 하향 링크 신호에 대한 감쇄 추정치인 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 기지국이 상기 상향링크 신호의 결합에 참여한 상기 이웃 기지국들의 목록을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 단계 (a)에서는 상기 목록에 포함된 이웃 기지국에 대해서만 상기 감쇄 추정치를 계산하는 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 함수는 수학식 (E-1)으로 표시되는 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
    Figure 112015017680967-pat00007
    (E-1)
    여기서, 집합 C는 상기 제어 기지국과 상기 이웃 기지국들을 포함하며,
    Figure 112015017680967-pat00008
    이고, PLn은 n번째 이웃 기지국의 하향 링크 신호에 대한 감쇄 추정치이다.
  4. 제어 기지국이 하나 이상의 이웃 기지국과 통신하여 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 구하는 단계;
    상기 제어 기지국이 상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보가 포함된 신호를 생성하여 단말로 전송하는 단계; 및
    상기 단말이 수신된 상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 이용하여 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 구하는 단계를 포함하되,
    상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보는 상기 제어 기지국과 상기 이웃 기지국들 중에서 수신 신호의 품질이 최상인 수신 신호가 목표 수준이 되도록 결정하는 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보는 상기 제어 기지국과 상기 이웃 기지국에서 수신한 신호들의 결합 신호의 품질이 목표 수준이 되도록 결정하는 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
  6. 제어 기지국과 하나 이상의 이웃 기지국으로부터 각각 폐쇄 루프 전력 제어 정보가 포함된 신호를 수신하는 단계; 및
    수신된 복수의 상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 이용하여, 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 구하는 단계를 포함하되,
    상기 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터는, 상기 제어 기지국과 상기 이웃 기지국들 중에서 하향링크 신호 감쇄가 가장 작은 기지국으로부터 수신한 상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터는, 수신된 상기 복수의 폐쇄 루프 전력 제어 정보들이 지시하는 전력 제어 변화값들을 가중 평균하여 구하는 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가중 평균을 위한 가중치는 해당 기지국의 하향링크 신호 감쇄의 감소 함수인 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    수신된 상기 복수의 폐쇄 루프 전력 제어 정보들 중에서 적어도 하나의 제어 정보가 상향링크의 전력을 높일 것을 지시하면, 상기 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터는 상향링크의 전송 전력을 높이는 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    수신된 상기 복수의 폐쇄 루프 전력 제어 정보들 중에서 적어도 하나의 제어 정보가 상향링크의 전력을 낮출 것을 지시하면, 상기 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터는 상향링크의 전송 전력을 낮추는 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 상향링크 전력의 제어 방법.
  11. 상향링크의 전송 전력을 제어하는 단말은
    무선 신호를 송수신하는 트랜시버; 및
    상기 트랜시버와 연결된 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는
    (a) 제어 기지국 및 하나 이상의 이웃 기지국들로부터의 하향링크 신호들 각각에 대한 감쇄 추정치를 계산하고,
    (b) 계산된 복수의 상기 감쇄 추정치를 이용하여 신호 감쇄값을 구하고,
    (c) 상기 신호 감쇄값을 이용하여 개방 루프 전력 제어 파라미터를 구하되,
    상기 단계 (b)에서는 상기 제어 기지국과 상기 이웃 기지국들 사이의 셀간 협력 통신 방법에 기초하여 상기 신호 감쇄값을 구하고,
    상기 셀간 협력 통신 방법은 상기 제어 기지국이 수신한 상향링크 신호와 상기 이웃 기지국들 각각이 수신한 상향링크 신호를 결합하는 방식이고, 상기 단계 (b)의 신호 감쇄값은 상기 단계 (a)에서 구한 복수의 상기 감쇄 추정치들의 함수로 표시할 수 있으며, 상기 제어 기지국은 수신한 상향링크 신호들 중에서 품질이 가장 좋은 상향링크 신호를 선택하고, 상기 단계 (b)의 신호 감쇄값은 상기 제어 기지국과 상기 이웃 기지국들 중에서 가장 작은 값을 가지는 하향 링크 신호에 대한 감쇄 추정치인 것을 특징으로 하는 단말.
  12. 단말은
    무선 신호를 송수신하는 트랜시버; 및
    상기 트랜시버와 연결된 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는
    제어 기지국과 하나 이상의 이웃 기지국으로부터 각각 폐쇄 루프 전력 제어 정보가 포함된 신호를 수신하고,
    수신된 복수의 상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 이용하여, 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터를 구하되,
    상기 폐쇄 루프 전력 제어 파라미터는, 상기 제어 기지국과 상기 이웃 기지국들 중에서 하향링크 신호 감쇄가 가장 작은 기지국으로부터 수신한 상기 폐쇄 루프 전력 제어 정보를 이용하여 구하는 것을 특징으로 하는 단말.
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