KR20010060020A - 광대역무선가입자망 중계기에서의 개방회로 방식 전력제어방법 - Google Patents

광대역무선가입자망 중계기에서의 개방회로 방식 전력제어방법 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속하는 기술분야
본 발명은 광대역무선가입자망 중계기에서의 개방회로 방식 전력제어 방법에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 기지국과 가입자장치 사이에 위치한 중계기가 수신전력의 레벨에 따라 자체적으로 송신 전력을 조정함으로써, 불필요한 과다 송신전력으로 인한 인접셀 또는 인접 채널 간의 간섭 방지 및 강우시에도 적정한 전력의 신호를 송신할 수 있는, 광대역무선가입자망 중계기에서의 개방회로 방식 전력제어 방법 및 그를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결 방법의 요지
본 발명은, 광대역무선가입자망 시스템에 적용되는 중계기에서 가입자장치로의 송신전력 제어 방법에 있어서, 중계기가 기지국으로부터 들어오는 신호를 수신하는 제 1 단계; 및 상기 중계기가 상기 기지국으로부터 수신된 신호전력 레벨에 따라 송신전력을 조정하여 가입자장치로 상기 수신신호를 전송하는 제 2 단계를 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 광대역무선가입자망에서의 전력 제어 등에 이용됨.

Description

광대역무선가입자망 중계기에서의 개방회로 방식 전력제어 방법{Method of open loop power control of B-WLL repeater}
본 발명은 광대역무선가입자망에서의 전력제어 방법에 관한 것으로서, 특히 기지국과 가입자장치 사이에 위치한 중계기가 수신전력의 레벨에 따라 자체적으로 송신 전력을 조정하는, 광대역무선가입자망 중계기에서의 개방회로 방식 전력제어 방법 및 그를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
B-WLL에서의 전력제어는 기지국과 가입자장치간에 송신전력을 제어하는 것이다. 맑은 날에는 적은 송신출력으로도 송수신이 가능하지만, 비가 많이 내릴 경우에는 강우에 의한 영향으로 수신되는 전력이 감소하게 되므로, 송신전력을 높여줄 필요가 있다.
상기와 같이 기상상태 또는 어떠한 이유로 인하여 송신전력을 제어하는 것이 전력제어(Power Control)이며, 전력제어의 목적은 적절한 송신출력으로 인접 셀간에 전파간섭을 최소화하고 양질의 통신서비스를 제공하기 위함이다.
B-WLL은 CDMA의 고정-대-이동 형태인 이동국과 기지국을 대상으로 하는 전력제어가 아니라, 가입자와 기지국 사이를 고정-대-고정 연결이라는 점과 강우 감쇠에 영향을 많이 받는다는 점에서, 이동통신의 전력제어와 약간 다르다.
따라서 B-WLL 시스템에서 링크 설계시에 시간당 출력은 비강우시 마진만큼 더 멀리 전파하기 때문에 동일 주파수를 사용하는 다른 셀에 동일간섭을 유발할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 기지국과 가입자장치 사이에 위치한 중계기가 수신전력의 레벨에 따라 자체적으로 송신 전력을 조정함으로써, 불필요한 과다 송신전력으로 인한 인접셀 또는 인접 채널 간의 간섭 방지 및 강우시에도 적정한 전력의 신호를 송신할 수 있는, 광대역무선가입자망 중계기의 개방회로 방식 전력제어 방법 및 그를 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 기지국과 중계기 간의 전력제어 방법에 대한 설명도.
도 2 는 본 발명에 따른 중계기와 가입자장치 간의 전력제어 방법에 대한 설명도.
도 3 은 본 발명이 적용되는 중계기의 자동 이득 제어기(AGC)의 동적 영역 특성에 대한 설명도.
도 4 는 본 발명이 적용되는 중계기의 수신부 신호레벨에 대한 설명도.
도 5 는 본 발명이 적용되는 중계기의 수신부 자동이득제어기(AGC)의 구성도.
도 6 은 본 발명에 따른 광대역무선가입자망에서의 전력 제어 방법에 대한 설명도.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 광대역무선가입자망 시스템에 적용되는 중계기에서 기지국으로의 송신전력 제어 방법에 있어서, 중계기가 가입자장치로부터 들어오는 신호를 수신하는 제 1 단계; 및 상기 중계기가 기지국으로부터 수신되었던 신호전력 레벨에 따라 송신전력을 조정하여 상기 기지국으로 상기 수신신호를 전송하는 제 2 단계를 포함한다.
그리고, 본 발명은, 광대역무선가입자망 시스템에 적용되는 중계기에서 가입자장치로의 송신전력 제어 방법에 있어서,중계기가 기지국으로부터 들어오는 신호를 수신하는 제 1 단계; 및 상기 중계기가 상기 기지국으로부터 수신된 신호전력 레벨에 따라 송신전력을 조정하여 가입자장치로 상기 수신신호를 전송하는 제 2 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은, 기지국으로의 송신전력을 제어하기 위한, 프로세서를 구비한 중계 시스템에, 중계기가 가입자장치로부터 들어오는 신호를 수신하는 제 1 기능; 및 상기 중계기가 기지국으로부터 수신되었던 신호전력 레벨에 따라 송신전력을 조정하여 상기 기지국으로 상기 수신신호를 전송하는 제 2 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
그리고, 본 발명은, 가입자장치로의 송신전력을 제어하기 위한, 프로세서를 구비한 중계 시스템에, 중계기가 기지국으로부터 들어오는 신호를 수신하는 제 1 기능; 및 상기 중계기가 상기 기지국으로부터 수신된 신호전력 레벨에 따라 송신전력을 조정하여 가입자장치로 상기 수신신호를 전송하는 제 2 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 기지국과 중계기 간의 전력제어 방법에 대한 설명도이다.
중계기를 사용할 경우 중계기는 기지국으로부터 오는 송신신호를 받아 가입자장치로 전송하여야 한다. 또한, 가입자장치로부터 송신되는 신호를 중계기가 수신하여 다시 기지국으로 송신하여야 한다. 이러한 중계기의 역할로 인하여 기지국과 중계기, 및 중계기와 가입자장치간에 전력제어가 이루어져야 한다.
먼저, 기지국과 중계기간의 전력 제어에 대하여 설명하면 다음과 같다.
기지국과 중계기간의 전력 제어 대상은 하향의 기지국 송신 출력과 상향의 중계기 송신 출력이 있다.
첫째, 기지국에서 중계기로의 송신(하향) 전력 제어는 폐회로 제어 방법을 적용한다. 왜냐하면 기지국 전력은 이미 가시선이 확보되어 있는 셀의 가장자리 가입자에 의해 제어되므로, 중계기에서 기지국에 대해 별도의 제어가 필요치 않다.
여기서, 폐회로 제어방법에 대하여 설명하면 다음과 같다. 기지국에서 송신된 신호는 셀 가장자리에 있는 가입자장치의 수신기에 수신되어 수신전력이 측정된다. 이 측정된 전력이 이미 설정한 기준치와 비교한 전력제어 정보를 상향 채널인 가입자의 변조부에 실어 송신기를 거쳐 기지국으로 상향 데이터와 함께 보내지게 된다.
기지국에서 수신된 신호는 복조부 전력제어 정보를 추출하여 기지국 송신기의 초단 증폭기를 가변 및 제어함으로써 송신기의 출력을 자동으로 증감하게 된다.
즉, 간단히 설명하면, 기지국의 송신출력은 셀의 반경내에 가장 먼 가입자장치에서 잘 수신할 수 있는 송신전력으로 송출하도록 제어되는 것이다.
둘째, 중계기에서 기지국으로의 송신(상향) 전력은, 도 1 에 도시된 바와 같이, 개방회로로 제어를 한다.
왜냐하면, 이미 폐회로 제어로 기지국의 출력이 주어진 가입자 또는 중계기 위치에 따라 수신 전력을 이미 설정할 수 있다.
따라서, 중계기의 수신전력 레벨의 증감에 따라, 중계기의 상향 전력을 조절할 수가 있다. 이것은 비전파 음영지역의 가입자의 상향 출력제어 방법과 동일하다. 여기서, 개방회로라는 것은 기지국의 송신전력이 수신되는 레벨에 따라 중계기(또는 가입자장치)가 자신의 송신출력을 기지국의 수신레벨에 따라 제어하는것이다.
즉, 기지국에서 송신되는 출력이 강하여 수신레벨이 높으면, 경로손실이 적거나 기지국과 가까이 있음을 의미한다. 그러므로, 동일한 주파수를 사용하는 인접셀에 미치는 간섭을 줄이기 위해 최소한의 전송 품질을 유지하기 위한 중계기(또는 가입자장치)의 송신출력을 낮추는 조절이 필요하다.
반대로, 수신한 전력 레벨이 낮다면, 경로손실이 높거나 기지국과 멀리 있음을 의미한다. 따라서 이미 설정한 전송 품질을 유지하기 위한 최소의 송신 출력을 갖도록 중계기(또는 가입자장치)의 송신 출력을 높여야 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 중계기와 가입자장치 간의 전력제어 방법에 대한 설명도이다.
중계기와 가입자간의 전력 제어 대상은 하향의 중계기 송신 출력과 상향의 가입자 송신 출력이 있다.
첫째, 중계기로부터 가입자장치로의 송신(하향) 전력 제어가 중계기 전력제어의 가장 핵심적인 부분인데, 이하 이에 대하여 설명하겠다.
중계기에서 강우시를 감안하여 전파 음영지역에 대한 링크 버짓(link budget)을 계산한다. 초기에 비강우시 마진에 해당하는 전력을 개방회로 제어로 조절하고자 한다.
제어입력으로는 기지국에서 송신된 신호를 수신하는 중계기 수신단의 신호로부터 증감을 파악한다. 이 정보는 하향의 중계기 출력조절에 적용된다.
즉, 기지국과 중계기간에 전력제어에 의한 중계기의 상향 송신출력 증감분을 가입자장치로 송신하는 중계기 출력 증감분으로 적용하는 것이다. 이것이 가능한 이유는 중계기에서 가입자장치로 송신하는 초기 송신출력은 상기한 바와 같이, 음영지역에 대한 링크버짓을 계산하여 산출한 값이고, B-WLL의 셀 반경이 그리 크지 않아 기후의 변화가 셀내에서 다르지 않을 것이기 때문이다.
기지국에서 중계기사이에서 기상변화에 의한 중계기 수신출력변화가 중계기와 가입자장치간의 기상변화에도 똑같이 적용될 수 있다는 것이다. 그러므로, 기지국에서 중계기로 송신전력이 강우로 인하여 감쇠가 발생할 경우, 중계기에서 가입자장치의 경우도 강우로 인한 전파의 수신전력이 낮아질 것이다.
도 2 에서는 기지국의 송신신호를 수신하는 중계기의 수신부와 이 신호를 다시 증폭하여 전파 음영지역의 가입자에게 송신하는 중계기의 송신부를 나타내고 있다.
수신부의 IF 자동 이득 제어기(AGC: Automatic Gain Controller)의 동적 영역의 변화량을 추출하여 이를 다시 송신부 출력의 양을 조절한다.
상기 방법으로 중계기를 사용하였을 경우에 전력제어를 하기 위해서는 고려하여야 할 사항이 있는데, 다음과 같다.
첫 번째, 고려 사항은 '거리에 따른 수신레벨'이다. 기지국의 셀내에는 가입자 또는 중계기의 위치가 각각 다를 수 있다. 즉, 어떤 가입자 또는 중계기는 기지국에 매우 가까이 놓일 수 있다. 이러한, 가입자 또는 중계기는 셀의 경계면에 있는 가입자 또는 중계기에 비해 수신 전력이 상대적으로 크게 된다.
예를 들어, 기지국 중심에서 중계기 위치까지의 거리를 r1이라 하고, 셀 반경을 r2라 하면, 두 거리의 차(r2-r1)에 해당하는 만큼의 자유경로 손실전력인 20log10(r2-r1) 만큼이 수신기에 세게 입력된다. 따라서, 이 양에 해당하는 전력을 중계기 수신부에 감쇠기(attenuator) 또는 IF 자동 이득 제어기(AGC)의 동적 영역을 통해 조절하는 것이 필요하다. 이것은 셀 또는 섹터내의 가입자에도 동일하게 적용된다.
두 번째, 고려 사항은, '비강우시의 마진'이다. B-WLL 기지국 장치의 전력제어 범위는 비강우시의 전력 마진(M)에 대해 실행한다. 왜냐하면, 맑은 날에는 마진 만큼의 잉여 전력이 동일 주파수 및 편파를 사용하는 다른 셀에 영향을 줄 수가 있다. 따라서, 동일한 개념으로 중계기의 전력제어 범위도 결정할 수 있다. 즉, 중계기가 커버하는 영역에서 링크 버짓을 계산하고, 또한 비강우시의 마진을 계산하여 중계기의 하향 출력을 제어한다.
세번째, 고려 사항은 '자동 이득 조절기(AGC : Automatic Gain Controller)의 범위'인데, 상세한 설명은 도 3 에서 하기로 한다.
둘째, 가입자장치에서 중계기로의 송신(상향) 전력 제어는 다음과 같다.
전파 음역지역내의 중계기를 통해 신호를 받는 가입자의 상향 송신 전력제어는 개방회로 제어 방법을 적용한다. 이는, 가시선(LOS) 가입자의 상향 전력제어 방법과 동일하다.
즉, 중계기로부터 송신된 신호를 가입자의 수신기에서 전력 레벨을 측정하여 중계기로부터의 경로 손실(강우감쇠) 및 지형에 따른 채널의 변화 등을 감안하여 송신 전력 레벨을 증감하여 보상한다.
도 3 은 본 발명이 적용되는 중계기의 자동 이득 제어기(AGC)의 동적 영역 특성에 대한 설명도이다.
중계기 및 가입자의 수신부 자동이득 제어기의 범위는 자유공간의 손실을 주는 다음과 같은 2 개의 변수에 의해 결정된다.
변수 1 은 셀의 반경인 거리(r)이며, 변수 2 는 상향 및 하향 주파수 대역이다. 전자의 경우는 일반적인 B-WLL의 반경인 최대 5km 까지를 정의하여 거리 차이에 따른 최대 손실의 편이는 약 14dB(=20log105)이며, 후자의 경우는 사용 주파수 대역을 약 국내 주파수 대역인24 ~ 28 GHz까지로 정의하면 대역의 차이에 따른 주파수 손실의 최대 편이는 약 1.34dB(=20log1028/24)가 된다.
따라서, 이 두 변수에 의한 손실의 편이를 합하면, 약 15.34(=14+1.34)dB가 되며, 이를 약16dB로 한다. 한편 셀 반경 5km 의 시간당 40mm/h 강우량의 경우로 수평편파의 신호에 대해 강우에 의한 손실을 계산하면 5.2dB/km의 손실이 된다.
그러므로, 반경을 5Km로 설정할 경우, 비강우시에 비하여 마진을 최대 26dB로 정의할 수 있다. 그러면 결과적으로 약 42(=16+26)dB의 동적 영역의 범위가 설정된다. 따라서 회로 설계시에 수신기 IF 자동 이득조절기의 동적영역 범위를 적용하여 구현할 수 있다. 이러한 거리 및 주파수 편이, 비강우시 마진을 고려한 개념으로부터 도 3 과 같이, IF AGC 의 동적 범위를 결정할 수 있다.
도 4 는 본 발명이 적용되는 중계기의 수신부 신호레벨에 대한 설명도로서, 기지국으로부터 수신되는 중계기의 신호레벨과 AGC의 동적 영역과의 관계를 나타낸다.
AGC 동적 영역 범위에 대해 중계기 수신부의 AGC 구성 및 동적영역을 고려한 신호 레벨은 다음과 같이 구성된다.
수신기의 안테나(401), 서큘레이터(또는 Isolator)(402), 및 필터(403)를 지난 신호 레벨이 -XdBm (Rthr+ Field Margin)이라 하자.
여기서, 임계치(Rthr)는 B-WLL 의 서비스 품질의 기준치(예 BER=10-6)에 해당하는 수신신호이며, 필드 마진(field margin)은 계산치의 Rthr에 비해 약간의 여유를 주는 양이며, 이는 대개 ~5dB 내외이다.
따라서, 앞에서 구한 AGC 의 동적 영역범위 42dB를 고려하면, 저잡음 증폭기 입력부(404)에서의 입력신호의 범위는 최대 -X+42dBm 이 된다. 또한, 이 신호가 저잡음 증폭기 및 주파수 하향 변환기(404)를 거쳐 나온 출력이 AGC 회로의 입력이 되며, AGC의 입력신호의 범위는 -3dBm ~ -45dBm 을 갖게 된다. 여기서, AGC 의 최대 입력을 일반적인 값인 -3dBm으로 가정하였으며, 실제 구현할 수 있는 양이다.
도 5 는 본 발명이 적용되는 중계기의 수신부 자동이득제어기(AGC)의 구성도로서, AGC 입력부의 신호 레벨의 변화를 검출하기 위한 회로를 나타낸다.
도 4 의 출력 신호가 도 5 에서 제시된 가변 증폭기의 입력이 된다.
입력신호의 변화량이 검출되어 중계기 송신부의 출력신호 증감제어를 위한 변수로 적용된다.
참고적으로 대역 40MHz(/CH), 변조방식 최대 16-QAM 일 때의 AGC 회로가 가져야 할 일반적인 특성 및 기능을 기술하면 다음과 같다.
넓은 동적영역 범위는 50dB 이상, 이득 평탄은 0.25dB이하, 및 3차 상호변조(IM3)은 -55dB 이하이다. 그리고, 온도보상 AGC, 입력레벨 검출기, ATPC 레벨과 감시를 위한 선형화된 전압 검출기, 수동 이득조절 기능 등이 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 광대역무선가입자망에서의 전력 제어 방법에 대한 설명도이다.
B-WLL 장치의 전력제어 대상은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째, 기지국과 가입자간의 전력제어이며, 둘째, 기지국과 중계기 및 중계기와 가입자간의 전력제어이다. 중계기 전력 제어 구간은 둘째의 경우에 해당한다.
기지국과 중계기간의 경우는 기지국에서 중계기로 보내는 기지국의 전력제어 및 중계기에서 기지국으로 보내는 중계기 전력제어로 구성된다. 또한, 중계기와 가입자간의 경우는 중계기에서 가입자로 보내는 중계기의 전력제어와 가입자에서 중계기로 보내는 가입자의 전력제어이다.
전력제어 방법으로는 폐회로(closed loop) 및 개방회로(open loop) 방식이 있으며, 제어 구간에 대해 회로구현 및 운용 측면에서 용이성과 효율성을 고려하여 최선의 방법이 선택될 수 있다.
본 발명에서는 도 6 에 도시된 바와 같이, 기지국과 중계기 구간, 그리고 중계기와 가입자 구간에 대해 전력제어 방법을 나타낸다. 하나의 셀 또는 섹터내에서 중계기를 사용하지 않는 셀 및 섹터에서는 기지국과 가입자의 전력 제어 방법은 각각 폐회로 및 개방회로 제어 방법을 적용한다. 그러나, 하나의 셀 및 섹터에서 일부 전파 음영지역이 존재할 경우 중계기를 사용하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 중계기의 전력제어를 통하여 불필요한 과다송신출력으로 인한 인접셀 또는 인접채널간에 간섭을 방지할 수 있고, 또한 강우시의 신호감쇠에 의한 전송문제를 중계기 전력제어를 이용하여 해결할 수 있다.
그리고, 본 발명은 중계기의 가입자장치로 전송하는 송신전력의 제어를 기지국으로부터 수신되는 신호의 세기를 가지고 제어하는 개회로 방식을 적용하기 때문에, 폐회로 방식을 중계기에 적용하는 방식에 비하여 경제적이며, 회로도 간단하게 구성할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 광대역무선가입자망 시스템에 적용되는 중계기에서 기지국으로의 송신전력 제어 방법에 있어서,
    중계기가 가입자장치로부터 들어오는 신호를 수신하는 제 1 단계; 및
    상기 중계기가 기지국으로부터 수신되었던 신호전력 레벨에 따라 송신전력을 조정하여 상기 기지국으로 상기 수신신호를 전송하는 제 2 단계
    를 포함하는 중계기에서 기지국으로의 송신전력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 단계의 송신전력 조정은,
    상기 기지국으로부터 수신되었던 신호전력이 소정의 기준치보다 높았으면, 송신 전력을 상기 소정의 기준치로 낮추고,
    상기 기지국으로부터 수신되었던 신호전력이 상기 소정의 기준치보다 낮았으면, 송신 전력을 상기 소정의 기준치로 높이는 것을 특징으로 하는 중계기에서 기지국으로의 송신전력 제어 방법.
  3. 광대역무선가입자망 시스템에 적용되는 중계기에서 가입자장치로의 송신전력제어 방법에 있어서,
    중계기가 기지국으로부터 들어오는 신호를 수신하는 제 1 단계; 및
    상기 중계기가 상기 기지국으로부터 수신된 신호전력 레벨에 따라 송신전력을 조정하여 가입자장치로 상기 수신신호를 전송하는 제 2 단계
    를 포함하는 중계기에서 가입자장치로의 송신전력 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 단계의 송신 전력 조정은,
    상기 중계기와 상기 가입자장치 간의 거리, 비강우시의 전력 마진, 및 자동 이득 제어기의 범위를 이용하여 조정하는 것을 특징으로 하는 중계기에서 가입자장치로의 송신전력 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자동 이득 제어기의 범위는,
    상기 기지국의 셀의 반지름 및 사용 주파수 대역을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 중계기에서 가입자장치로의 송신전력 제어 방법.
  6. 기지국으로의 송신전력을 제어하기 위한, 프로세서를 구비한 중계 시스템에,
    중계기가 가입자장치로부터 들어오는 신호를 수신하는 제 1 기능; 및
    상기 중계기가 기지국으로부터 수신되었던 신호전력 레벨에 따라 송신전력을 조정하여 상기 기지국으로 상기 수신신호를 전송하는 제 2 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  7. 가입자장치로의 송신전력을 제어하기 위한, 프로세서를 구비한 중계 시스템에,
    중계기가 기지국으로부터 들어오는 신호를 수신하는 제 1 기능; 및
    상기 중계기가 상기 기지국으로부터 수신된 신호전력 레벨에 따라 송신전력을 조정하여 가입자장치로 상기 수신신호를 전송하는 제 2 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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