KR20010066567A

KR20010066567A - 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 ｓｎｒ평가 장치

Info

Publication number: KR20010066567A
Application number: KR1019990068422A
Authority: KR
Inventors: 김원채; 박형래
Original assignee: 대표이사 서승모; (주)씨앤에스 테크놀로지
Priority date: 1999-12-31
Filing date: 1999-12-31
Publication date: 2001-07-11

Abstract

본 발명은 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치에 관한 것으로서, 수신된 채널신호의 1 프레임 사이의 데이타에 대한 평균값과 분산값을 구하고, 상기 평균값 및 분산값을 이용하여 SNR을 계산하여, 기지국에 송신전력 증감 요구신호를 발생시킴으로써, 수신신호에 대한 SNR을 일정하게 유지시켜서 채널 환경이 좋지 못한 상황에서 간단한 하드웨어로 수신 심볼 데이타 신호의 비트 에러율(BER)을 감소시킬 수 있는 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 기지국으로 부터 전송된 신호를 복조하는 디지탈 복조부와, 인가된 심볼 데이타 신호를 누적연산 하여 그 절대값을 1 프레임 동한 합산하여 평균값을 구하고, 상기 누적값의 제곱을 1 프레임 동안 합산하여 제곱평균값을 구하는 평균/제곱평균값부와, 상기 평균/제곱평균값부로 부터 제곱평균값과 평균값을 입력받아 SNR을 계산하는 SNR연산부와, 상기 SNR연산부로 부터 SNR값을 인가받아, 사용자가 원하는 임계 SNR값과 비교를 수행한 후, 상기 심볼데이터를 전송하는 기지국에 송신전력의 증감에 대한 요구신호를 발생하는 송신전력 업다운 명령부와, 상기 송신전력 증감 요구신호를 기지국에 전송하는 송신부로 구성되어 진다.

Description

디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 ＳＮＲ 평가 장치{Forward power control device for digital communication system}

본 발명은 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치에 관한 것으로서, 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어에 있어서, 수신된 채널신호의 1 프레임 사이의 데이타에 대한 평균값과 분산값을 구하여, 상기 평균값 및 분산값을 이용하여 SNR을 계산하여, 기지국에 송신전력 증감 요구신호를 발생시킴으로써, 수신신호에 대한 SNR을 일정하게 유지시켜서 채널 환경이 좋지 못한 상황에서 간단한 하드웨어로 수신 심볼 데이타 신호의 비트 에러율(BER)을 감소시킬 수 있는 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치에 관한 것이다.

CDMA 통신에 있어서 전력제어는 근원문제(Near-far problem)해결, 채널 용량(Capacity)증대, 기지국 소비전력 최소화를 위해 필수적인 작업인데, 크게 역방향 전력제어와, 순방향 전력제어로 나누는데 다음에서 설명하기로 한다.

역방향 전력제어의 목적은 근원문제에 대처하기 위함이다. 이동국이 기지국에 가까울 때는 기지국에서 멀리 떨어져 있는 이동국에 비해서 큰 신호를 가지게 되고, 따라서 이들을 제어하지 않으면 역방향 링크에서 불필요한 간섭을 일으킬 수 있다. 역방향 링크에서 이동국의 송신전력을 조절하기 위해 명령을 내리는 데에는 개방루프 전력제어와 폐쇄루프 전력제어가 병행해서 사용된다. 역방향 링크 전력제어의 가장 전형적인 방법은 원하는 프레임 에러율(FER)을 설정하고, 그에 따른 신호 에너지 세기 맵핑 테이블을 만들어서, 이동국으로 부터 수신한 신호세기와 비교한 후 전력의 증감을 명령한다.

순방향 전력제어는 이동국에서 측정한 수신전력을 참고로 하여 기지국은 순방향링크의 송신전력을 조정한다. 순방향 전력제어의 목적은 통화를 하지 않고 있거나, 상대적으로 기지국에 근접해 있거나, 또는 다중경로 페이딩 및 전파음영의 영향이 작거나, 다른 기지국의 간섭영향을 적게 받는 이동국에 대하여 송신전력을 감소시키며, 반대로 수신상태가 좋지 않은 지역 또는 먼 거리에 위치하여 비트 에러율이 높은 이동국에게 송신전력을 증가시켜서 각각의 이동국에서의 SNR가 거의 일정하도록 하는 데 있다.

CDMA 디지탈 셀룰러 시스템에서의 순방향 전력제어 구현의 예를 보면, 개방루프 전력제어와 폐쇄루프 전력제어로 이루어져 있다. 개방루프 전력제어에서 기지국은 액세스 과정중 이동국으로 부터 수신한 신호의 세기를 측정함으로써, 순방향 전송손실을 추정하여, 각각의 통화채널 초기 디지털 이득값을 지정한다. 폐쇄루프 전력제어에서 기지국은 이동국과의 상호작용으로 디지탈 이득값을 동적으로 조정한다. 전형적인 방법은 기지국은 이동국으로 부터 특별한 요구가 있을 때까지 디지탈 이득값을 계속 모니터한다. 기지국이 너무 낮은 전력을 송신하면 이동국에서의 프레임 오율값이 증가한다. 이 때, 기지국은 프레임 오율값이 일정한 수준을 넘어서면 디지탈 이득값을 큰 값으로 조정함으로써 송신전력을 증가시킨다.

그러나, WLL의 경우, 채널의 프레임오율(FER)을 계산할 수 있는 특별한 장치즉, CRC등이 없기 때문에, 직접적인 프레임오율을 구하기 힘들어서 이동국에 수신신호 에너지를 계산하는 블록을 추가함으로써, 회로가 더욱 복잡해지는 현상이 있다.

또한, 채널환경이 달라짐에 따라 상기 에너지를 계산 하는 블록이 수신 신호에너지 세기를 정확히 계산하지 못한다는 단점이 있다.

본 발명은 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치에 관한 것으로서, 수신된 채널신호의 1 프레임 사이의 데이타에 대한 평균값과 분산값을 구하여, 상기 평균값 및 분산값을 이용하여 SNR을 계산하여, 수신신호에 대한 SNR을 일정하게 유지시켜서 기지국에 송신전력 증감 요구신호를 발생시킴으로써, 채널 환경이 좋지 못한 상황에서 간단한 하드웨어로 수신 심볼 데이타 신호의 비트 에러율(BER)을 감소시킬 수 있는 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로, 본 발명은 기지국으로 부터 전송된 신호를 복조하는 디지탈 복조부와, 인가된 심볼 데이타 신호를 누적연산 하여 그 절대값을 1 프레임 동한 합산하여 평균값을 구하고, 상기 누적값의 제곱을 1 프레임 동안 합산하여 제곱평균값을 구하는 평균/제곱평균값부와, 상기 평균/제곱평균값부로 부터 제곱평균값과 평균값을 입력받아 SNR을 계산하는 SNR연산부와, 상기 SNR연산부로 부터 SNR값을 인가받아, 사용자가 원하는 임계 SNR값과 비교를 수행한 후, 상기 심볼데이터를 전송하는 기지국에 송신전력의 증감에 대한 요구신호를 발생하는 송신전력 업다운 명령부와, 상기 송신전력 증감 요구신호를기지국에 전송하는 송신부로 구성되어 지는 발명이 제시된다.

도 1은 본 발명에 의한 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치에 대한 전체 회로 블럭도이다.

도 2는 본 발명에 있어서, 입력 심볼 데이타 신호의 평균값과 제곱평균값을 연산하는 평균/제곱평균값부에 대한 회로 블럭도이다.

도 3은 본 발명에 있어서, 상기 평균/제곱평균값부로 부터 제곱평균값과 평균값을 입력받아 SNR을 계산하는 SNR연산부에 대한 회로 블럭도이다.

도 4은 본 발명에 있어서, 송신전력의 증감 요구 신호를 발생시키는 송신전력 업다운 명령부에 대한 회로 블럭도이다.

도 5는 본 발명에 의한 순방향 전력제어를 수행한 경우와 전력제어를 수행하지 아니한 경우에 대해 비트에러율과 신호의 세기와의 관계를 나타내는 도표이다.

도 6은 본 발명에 있어서, 신호의 세기를 3db로 정한 경우, 전력제어 평가 분포를 나타내는 도표이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1 : 디지탈 복조부 2 : 평균/제곱평균값부

3 : SNR 연산부 4 : 송신전력 업다운 명령부

5 : 송신부

이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하면서 그 구성 및 작용에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치에 있어서,

기지국으로 부터 전송된 신호를 복조하는 디지탈 복조부와, 인가된 심볼 데이타 신호를 누적연산 하여 그 절대값을 1 프레임 동한 합산하여 평균값을 구하고, 상기 누적값의 제곱을 1 프레임 동안 합산하여 제곱평균값을 구하는 평균/제곱평균값부와, 상기 평균/제곱평균값부로 부터 제곱평균값과 평균값을 입력받아 SNR을 계산하는 SNR연산부와, 상기 SNR연산부로 부터 SNR값을 인가받아, 사용자가 원하는 임계 SNR값과 비교를 수행한 후, 상기 심볼데이터를 전송하는 기지국에 송신전력의 증감에 대한 요구신호를 발생하는 송신전력 업다운 명령부와, 상기 송신전력 증감 요구신호를 기지국에 전송하는 송신부로 구성되어 진다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

기지국으로 부터 수신신호를 인가받아, 디지탈 복조부(1)를 통과시켜 복조된 심볼 데이타가 생성되면, 상기 평균/제곱평균값부(2)에서는 상기 복조 심볼 데이터를 데이타 레이트에 맞게 누적연산한다. 그 후, 상기 누적연산값의 절대값을 1 프레임 동안 합산하여 평균값을 구하고, 또한, 상기 누적연산값을 제곱한 값을 1 프레임 동안 합산하여 제곱평균값을 구한다.

또한, 상기 평균/제곱평균값부(2)로 부터 평균값 및 제곱평균값이 얻어지면, SNR연산부(3)에서는 제곱평균값을 평균제곱값과 뺄셈을 수행하여 분산값을 획득한 후, 상기 평균제곱값과 분산값의 비를 구하여, 입력 복조 심볼 데이타 신호의 세기 대 간섭신호의 비, 즉 SNR을 구한다.

또한, 송신전력 업다운 명령부(4)는 상기 SNR연산부(3)에서 구해진 SNR값을 인가받아서, 사용자가 원하는 임계 SNR값과 비교를 수행하여 입력 복조 심볼 데이타에 대한 SNR값이 임계 SNR값보다 낮으면, 기지국에 송신전력을 증가시키는 것에 대한 요구신호를 전송하고, 입력 복조 심볼 데이타에 대한 SNR값이 임계치 SNR값보다 높으면, 기지국에 송신전력을 감소시키는 것에 대한 요구신호를 전송한다.

상기의 제 부분의 동작과정을 수학식을 첨부하여 설명하면 다음과 같다.

기지국에서 전송되는 순방향 전송신호 S(t)는 다음 수식과 같이 주어진다.

[수학식 1]

: 한 칩당 파일롯 에너지

: i 번째 사용자의 한 칩당 트래픽 에너지

: I, Q 채널 PN

: I, Q 채널 데이타

: i 번째 사용자의 월시(walsh) 코드

: i번째 사용자의 전력제어 이득

N : 사용자 수

또한, 선택적 주파수 페이딩 환경에서 단말기의 수신신호는 다음 수식과 같이 주어진다.

[수학식 2]

n_I(t), n_Q(t) : 가우시안 잡음

N_{0 :}스펙트럼 밀도.

τ_{l :}경로에 대한 신호의 지연시간.

θ_l: 경로에 대한 신호의 위상편이.

α_l: 경로에 대한 신호의 진폭.

이 때, N_{0 =}E[ n_I(t)²]=E[ n_Q(t)²] N₀이다. 또한, L은 경로수를 나타낸다.

상기 수신신호가 복조되어 출력된 채널 신호는 다음 수식과 같이 주어진다.

[수학식3]

[수학식 4]

N_t: 트래픽 채널 누적 길이.

N_P: 파일롯 채널 누적 길이.

θ_l ^': 경로에 대한 파일롯 신호에서의 위상 추정치

α_l: 경로에 대한 신호의 진폭.

α_l ^': 경로에 대한 파일롯 신호에서의 신호 진폭 추정치.

상기 수학식 3 및 4에서, 위상 추정 및 진폭 추정이 완벽하다고 가정하면, 즉, θ_l= θ_l ^'이고, α_l= α_l ^'이 되면, 다음 수식과 같이 나타낼 수 있다.

[수학식 5]

[수학식 6]

이 때, 입력 복조 심볼 데이타 신호의 평균값과 분산값은 다음 수식으로 각각 주어진다.

[수학식 7]

[수학식 8]

이 때, SNR값은 평균값을 제곱한 값과 분산값의 비로 나타낼수 있으므로, S NR은 다음 수식으로 주어진다.

[수학식 9]

이 때, 상기 수학식 9에서 부등호는 직교효과에 의한 것이다.

이상으로, 평균값과 분산값을 구함으로써 수신신호의 SNR 측정값을 측정할 수 있음을 알 수 있으며, 실제의 경우는 평균값과 분산값의 추정치를 이용하여 측정한다. 즉, 1 프레임 동안의 복조된 심볼 데이타의 개수를 M 이라 하면, 평균값 및 분산값의 추정치는 다음 수식과 같이 주어진다.

[수학식 10]

[수학식 11]

이때, SNR 추정치는 다음 수식과 같이 주어진다.

[수학식 12]

상기 수학식 12와 같이 산출된 SNR을 사용자가 원하는 임계 SNR과 비교함으로써, 기지국의 송신전력의 증감에 대한 요구 신호를 전송한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 평균/제곱평균값부는 복조 심볼 데이타를 데이타 레이트에 해당하는 누적연산을 수행하는 누적연산부(10)와, 상기 누적연산부의 출력을 인가받아 절대값을 취하는 절대값 생성부(20)와, 상기 절대값 생성부의 출력을 인가받아 1 프레임 동안 합산을 수행하는 제1 합산부(30)와, 상기 제1 합산부(30)의 출력을 인가 받아 복조 입력 심볼 데이타의 평균값을 구하는 평균값 생성부(40)와, 상기 누적연산부(10)의 출력값을 인가받아 제곱을 수행하는 제곱값 생성부(50)와, 제곱값 생성부(50)의 출력을 인가받아 1 프레임 동안 합산을 수행하는 제2 합산부(60)와, 상기 제2 합산부(60)로 부터 출력을 인가받아 제곱평균값을 구하는 제곱평균값 생성부(70)로 구성되어 진다.

상기와 같은 구성을 갖는 평균/제곱평균값부의 제 부분의 상호작용을 설명하면 다음과 같다.

복조 심볼 데이타 입력에 대해 상기 누적연산부(10)에서 누적연산이 수행되면, 평균값을 구하는 부분과 제곱평균값을 구하는 부분으로 분리되는데, 먼저, 평균값을 구하기 위해서 상기 누적값의 절대값을 구한후, 1 프레임 동안 각 절대값을 전부 합산하여 평균값을 구한다.

또한, 제곱평균값을 구하기 위해서 상기 누적연산값을 제곱한 값을 구한후, 1 프레임 동안 각 제곱값을 합산하여 제곱평균값을 구한다.

도 3은 본 발명에 있어서, 입력 심볼 데이타 신호에 대한 SNR값을 연산하는 SNR연산부에 대한 회로 블럭도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 상기 평균/제곱평균값부로 부터 평균값을 인가받아 평균값의 제곱값을 생성시키는 제곱값 생성부(100)와, 상기 제곱값 생성부(100)의 출력값과 상기 평균/제곱평균값부의 제곱평균값을 인가받아 서로 뺄셈연산을 수행하여 분산값을 얻은 후, 상기 평균값의 제곱값과 상기 분산값의 비를 구하여 SNR을 도출해내는 분산값 및 SNR 생성부(110)로 구성되어 진다.

도 4는 본 발명에 있어서, 송신전력의 증감을 제어하는 송신전력 업다운 명령부에 대한 회로 블럭도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 SNR연산부로 부터 출력값을 인가받아, 그 값을 사용자가 원하는 임계 SNR값과 비교를 수행하여, 입력된 SNR이 임계치 SNR보다 높으면, 기지국에 송신전력 감소 요구 신호를 전송하고, 입력된 SNR이 임계치 SNR보다 낮으면, 기지국에 송신전력 증가에 대한 신호를 전송한다.

또한, 송신전력 제어신호를 기지국에 보냄에 있어서, 20ms 주기로 전송하면, 기지국은 이 신호를 계속 감지하면서 이동국에 송신할 신호의 송신전력을 증감한다.

도 5에서, 하단부는 신호의 세기 혹은 SNR을 의미하고, 우측부는 비트에러율인데, 각각 신호의 세기에 대해 본 발명에 의한 순방향 전력제어를 수행하였을 경우에 비해 , 전력제어를 수행하지 않았을 경우가 비트에러율이 더 높음을 알 수 있다. 비트에러율이 높다는 것은 그 만큼 통신 상태가 좋지 않음을 의미하는 것이므로, 본 발명에 의한 순방향 전력제어가 통신 상태를 양호하게 유지하는데 중요한 역활을 수행함을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 있어서, 신호의 세기를 3db로 고정한 경우, 전력의 분포에 대한 일실시예를 나타내는 도표이다.

도 6에서, 하단부는 신호의 세기를 의미하며, 우측부는 수신신호의 프레임 갯수를 의미하는데, 신호의 세기가 3db 부근일 때, 수신신호의 프레임 갯수가 가장 많음을 알 수 있다. 본 발명의 전력제어에 있어서, 신호의 세기가 3db보다 적으면 기지국에 송신전력의 증가에 대한 요구신호를 보내고, 신호의 세기가 3db보다 커지면 기지국에 송신전력의 감소에 대한 요구신호를 보내어 일정한 신호의 세기, SNR을 유지하도록 한다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 기지국으로 부터 전송된 신호를 복조하는 디지탈 복조부와, 인가된 심볼 데이타 신호를 누적연산 하여 그 절대값을 1 프레임 동한 합산하여 평균값을 구하고, 상기 누적값의 제곱을 1 프레임 동안 합산하여 제곱평균값을 구하는 평균/제곱평균값부와, 상기 평균/제곱평균값부로 부터 제곱평균값과 평균값을 입력받아 SNR을 계산하는 SNR연산부와, 상기 SNR연산부로 부터 SNR값을 인가받아, 사용자가 원하는 임계 SNR값과 비교를 수행한 후, 상기 심볼데이터를 전송하는 기지국에 송신전력의 증감에 대한 요구신호를 발생하는 송신전력 업다운 명령부와, 상기 송신전력 증감 요구신호를 기지국에 전송하는 송신부로 구성되어,

수신된 채널신호의 1 프레임 사이의 데이타에 대한 평균값과 분산값을 구하여, 상기 평균값 및 분산값을 이용하여 SNR을 계산하여, 기지국에 송신전력 증감 요구신호를 발생시킴으로써, 수신신호에 대한 SNR을 일정하게 유지시켜서 채널 환경이 좋지 못한 상황에서 간단한 하드웨어로 수신 심볼 데이타 신호의 비트 에러율(BER)을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치에 있어서,

기지국으로 부터 전송된 신호를 복조하는 디지탈 복조부와,

인가된 심볼 데이타 신호를 누적연산 하여 그 절대값을 1 프레임 동한 합산하여 평균값을 구하고, 상기 누적값의 제곱을 1 프레임 동안 합산하여 제곱평균값을 구하는 평균/제곱평균값부와,

상기 평균/제곱평균값부로 부터 제곱평균값과 평균값을 입력받아 SNR을 계산하는 SNR연산부와,

상기 SNR연산부로 부터 SNR값을 인가받아, 사용자가 원하는 임계 SNR값과 비교를 수행한 후, 상기 심볼데이터를 전송하는 기지국에 송신전력의 증감에 대한 요구신호를 발생하는 송신전력 업다운 명령부와,

상기 송신전력 증감 요구신호를 기지국에 전송하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 평균/제곱평균값부는 복조 심볼 데이타를 데이타 레이트에 해당하는 누적연산을 수행하는 누적연산부와,

상기 누적연산부의 출력을 인가받아 절대값을 취하는 절대값 생성부와,

상기 절대값 생성부의 출력을 인가받아 1 프레임 동안 합산을 수행하는 제1 합산부와,

상기 제1 합산부의 출력을 인가 받아 복조 입력 심볼 데이타의 평균값을 구하는 평균값 생성부와,

상기 누적연산부의 출력값을 인가받아 제곱을 수행하는 제곱값 생성부와,

상기 제곱값 생성부의 출력을 인가받아 1 프레임 동안 합산을 수행하는 제2 합산부와,

상기 제2 합산부로 부터 출력을 인가받아 제곱평균값을 구하는 제곱평균값 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 SNR연산부는

상기 평균/제곱평균값부로 부터 평균값을 인가받아 평균값의 제곱값을 생성시키는 제곱값 생성부와,

상기 제곱값 생성부의 출력값과 상기 평균/제곱평균값부의 제곱평균값을 인가받아 분산값 및 SNR을 도출해내는 분산값 및 SNR 생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 송신전력 업다운 명령부는 상기 분산값 및 SNR생성부의 출력값 및 임계 SNR을 인가받아 서로 비교를 수행하는 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 디지탈 통신 시스템의 순방향 전력제어를 위한 SNR 평가 장치.