KR20050091642A - 패스로스 지원형의 폐쇄 루프 전력 제어를 이용한 시분할복신/코드 분할 다중 접속 기지국 - Google Patents

패스로스 지원형의 폐쇄 루프 전력 제어를 이용한 시분할복신/코드 분할 다중 접속 기지국 Download PDF

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Abstract

시분할 복신/코드 분할 다중 접속(TDD/CDMA) 기지국은 전송 전력 명령 수신 및 판단 장치, 안테나, 기준 신호 전력 측정 장치, 패스로스(pathloss) 결정 장치, 전송 전력 제어 결정 장치, 변조 및 확산 장치, 증폭기를 구비한다. 기준 신호 전력 측정 장치는 기준 신호의 수신 전력 레벨을 측정한다. 패스로스 결정 장치는 측정된 기준 신호 수신 전력 레벨을 기준 신호의 전송 전력 레벨과 비교하여 기준 신호의 패스로스 추정값을 생성한다. 전송 전력 제어 결정 장치는 생성된 패스로스 추정값을 이용하여 전송 전력 레벨의 변경 크기를 결정하고 그 결정된 크기 변경량의 전송 전력 명령에 응답하여 전송 전력 레벨의 조정을 결정한다.

Description

패스로스 지원형의 폐쇄 루프 전력 제어를 이용한 시분할 복신/코드 분할 다중 접속 기지국{TIME DIVISION DUPLEX/CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS BASE STATION USING PATHLOSS AIDED CLOSED LOOP POWER CONTROL}
본 발명은 일반적으로 스펙트럼 확산 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 이러한 시스템의 전송 전력 레벨의 제어에 관한 것이다.
대부분의 스펙트럼 확산 통신 시스템에서는, 1 개의 공유된 주파수 스펙트럼을 통해서 다수의 사용자 통신이 전송된다. 코드 분할 다중 접속(CDMA) 통신 시스템에서는, 그 다수의 통신을 상이한 코드를 이용하여 전송함으로써, 그 다수의 통신을 구별한다. 시분할 복신/코드 분할 다중 접속(TDD/CDMA)과 시분할 동기식 CDMA(TD-SCDMA) 통신 시스템에서는, 스펙트럼도 시분할하여 스펙트럼을 더 양호하게 활용한다.
다수의 통신이 동일한 스펙트럼으로 전송되므로, 상기 통신은 서로 간섭할 수 있다. 통신을 다른 통신 상에 유도하는 이 간섭을 줄이기 위해, 적응 전력 제어가 이용된다. 적응 전력 제어의 목적은 각 통신을 최소 전력 레벨로 전송하여 목표 신호 대 간섭 비(SIR)와 같은 특정 수신 품질을 달성하는 것이다.
적응 전력 제어를 구성하는 한가지 방법에는 폐쇄 루프 전력 제어가 있다. 폐쇄 루프 전력 제어에서는, 송신기가 통신을 일정한 전력 레벨로 전송한다. 목표 수신기는 그 통신을 수신하고 그 수신된 신호의 SIR을 측정한다. 측정된 SIR은 목표 SIR과 비교된다. 측정된 SIR이 목표 SIR보다 크다면, 송신기가 그의 전송 전력을 줄여야한다는 것을 나타내는 전력 제어 명령이 전송된다. 측정된 SIR이 목표 SIR보다 작거나 같다면, 송신기가 그의 전송 전력을 증가시켜야한다는 것을 나타내는 전력 제어 명령이 전송된다. 통상적으로, 전력 제어 명령은 단일 비트로 전력 레벨의 증가 또는 감소를 나타낸다. 통상적으로 상기 명령은 TDD/CDMA 및 TD-SCDMA에서 초당 100 내지 200 개의 명령의 빈도로 전송된다.
송신기는 전력 명령을 수신하고, 그 전력 명령 응답하여 전송 전력 레벨을 1 dB씩 증가 또는 감소시키는 등의 고정량만큼 그의 전송 전력 레벨을 변경한다. 채널 환경이 고도로 동적인 경우, 폐쇄 루프 전력 제어는 채널 환경의 보상을 충분히 빨리 행하지 못할 수 있다. 그 결과, 수신된 신호의 품질은 수용 가능한 레벨 이하로 떨어질 수 있다.
따라서, 다른 전력 제어 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 시분할 복신/코드 분할 다중 접속(TDD/CDMA) 기지국은 전송 전력 명령 수신 및 판단 장치, 안테나, 기준 신호 전력 측정 장치, 패스로스(pathloss) 결정 장치, 전송 전력 제어 결정 장치, 변조 및 확산 장치, 증폭기를 구비한다. 기준 신호 전력 측정 장치는 기준 신호의 수신 전력 레벨을 측정한다. 패스로스 결정 장치는 측정된 기준 신호의 수신 전력 레벨을 기준 신호의 전송 전력 레벨과 비교하여 기준 신호의 패스로스 추정값을 생성한다. 전송 전력 제어 결정 장치는 생성된 패스로스 추정값을 이용하여 전송 전력 레벨의 변경 크기를 결정하고 그 결정된 크기 변경량의 전송 전력 명령에 응답하여 전송 전력 레벨의 조정을 결정한다.
패스로스 지원형의 패쇄 루프 전력 제어를 바람직한 TDD/CDMA와 TD-SCDMA 통신 시스템을 이용하여 설명하고 있지만, 상승 링크와 하강 링크 사이에 채널 상호성(reciprocity)이 존재하는 다른 통신 시스템에도 적용될 수 있다.
패스로스 지원형의 패쇄 루프 전력 제어의 바람직한 실시예를 도 1의 흐름도와 도 2의 2 개의 간략화된 통신국의 구성 요소를 이용하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 전송 전력 레벨을 제어하는 통신국을 송신국(20)이라 칭하고 전력이 제어된 통신을 수신하는 통신국을 수신국(22)이라 칭한다. 패스로스 지원형의 패쇄 루프 전력 제어는 상승 링크, 하강 링크 또는 양쪽 유형의 통신에 사용될 수 있기 때문에, 송신국(20)은 기지국, 사용자 장치 또는 양쪽 모두일 수 있다.
송신국(20)에서, 수신국에 전송될 데이터는 변조 및 확산 장치(24)에 의해 변조 및 확산되어 스펙트럼 확산 무선 주파수(RF) 신호를 생성한다. 증폭기(26)는 그 RF 신호의 전력 레벨을 제어한다. RF 신호는 안테나(36) 또는 안테나 어레이에 의해 무선 인터페이스(38)를 통해서 수신국(22)에 방사된다.
RF 신호는 수신국(22)의 안테나(40) 또는 안테나 어레이에 의해 수신된다. 수신된 신호의 임펄스 응답이 채널 추정 장치(44)에 의해 추정된다.
TDD/CDMA 또는 TD-SCDMA 통신 시스템에서는, 통신 버스트의 미드앰블(midamble) 부분 내의 공지된 훈련열(training sequence)을 이용하여 채널 추정을 행한다. 임펄스 응답을 이용하여, 데이터 검출 장치(42)는 수신된 RF 신호로부터 전송 데이터를 복구한다. SIR과 같은 수신된 RF 신호의 품질은, 데이터 검출 장치(42)와 채널 추정 장치(44) 양자로부터의 정보를 이용하여 품질 측정 장치(50)에 의해 측정된다(단계 60), 전송 전력 명령(TPC) 생성 장치(46)는 측정된 품질을 목표 품질과 비교한다. 측정된 품질이 목표 품질보다 높으면, 감소 명령이 생성된다. 측정된 품질이 목표 품질보다 낮거나 같으면, 증가 명령이 생성된다. 다른 명령이 사용될 수 있지만, 바람직한 명령은 전력 레벨의 증가를 나타내는 +1과 전력 레벨의 감소를 나타내는 -1을 갖는 단일 비트이다. TPC는 송신국(20)에 전송된다(단계 62).
기준 데이터는 변조 및 확산 장치(48)에 의해 변조 및 확산되어 기준 RF 신호를 생성한다. 기준 RF 신호는 안테나(40) 또는 안테나 어레이에 의해 무선 인터페이스(38)를 통해서 송신국(20)에 방사된다(단계 64). 제3 세대 협력 프로젝트 TDD/CDMA 시스템 또는 TD-SCDMA 시스템을 위한 상승 링크 전력 제어에서는, 바람직한 기준 채널이 1차 공통 제어 물리 채널(P-CCPCH)이다.
송신국(20)은 그의 안테나(36) 또는 안테나 어레이를 이용하여 기준 신호를 수신한다. 기준 신호 전력 측정 장치(34)는 수신된 기준 신호의 전력 레벨을 측정한다(단계 66). 측정된 기준 신호 전력을 이용하여, 패스로스 결정 장치(32)는 기준 신호에 대한 패스로스를 결정한다(단계 68). 기준 신호의 전송 전력 레벨은 송신국(20)에 의해 선험적으로 알려지거나 방송 채널(BCH)을 이용하는 바와 같이 송신국(20)에 신호가 보내질 수 있다. 패스로스는 수신된 전력 레벨을 전송된 전력 레벨로부터 차감함으로써 결정된다.
TPC는 TPC 수신기 및 판단 장치(30)에 의해 수신되어 TPC의 값이 결정된다. 전송 전력 레벨은, TPC에 대해 결정된 값을 이용하여, 전송 전력 제어 결정 장치(28)에 의해 증가되거나 감소된다(단계 70). 증가값 또는 감소값은 추정된 패스로스의 시간에 따른 변화를 기초로 한다(단계 72). 이어서, 증폭기(26)의 이득이 조정되고 그에 의해서, 전송된 RF 신호는 그 조정된 전력 레벨에 존재하게 된다. 패스로스의 변화가 크면(채널 환경의 변화가 큼을 나타냄), 전송 전력 레벨의 변화는 크다. 반대로, 패스로스의 변화가 작으면(채널 환경의 변화가 적거나 없음을 나타냄), 전송 전력 레벨의 변화는 작다. 전송 전력의 큰 변화를 이용하면 고속 페이딩 채널과 같은 채널 환경의 급속한 변화를 신속하게 보상할 수 있다. 전송 전력의 작은 변화는 저속의 채널 환경 변화에 사용된다.
k 번째 전력 명령에 대한 전송 전력 레벨 P(k)를 결정하는 하나의 방법은 수학식 1에 의한 방법이다.
P(k-1)는 (k-1)번째 전력 명령에 대한 결정된 전력 레벨이다. TPC_bit는 TPC의 값이며, 바람직하게는 +1 또는 -1이다. △L은 k 번째 전력 명령으로부터 (k-1)번째 전력 명령으로의 패스로스 추정값의 변화이고 step_size(△L)는 △L의 함수로서 결정되는 단차 크기(step size)값이다.
△L을 결정하기 위한 하나의 수학식은 수학식 2이다.
L(k)은 k 번째 전력 명령 이전의 최근의 패스로스 추정값이고, L(k-1)은 (k-1)번째 전력 명령 이전의 최근의 패스로스 추정값이다.
이와 달리, 패스로스 추정의 시간과 전력 제어된 전송의 시간 사이의 시차에 기인한 패스로스 추정의 부정확성에 대해 보상하기 위해서, 패스로스 추정값 L(k)과 L(k-1)은 가중된 패스로스 추정값이어도 된다. 그 추정된 패스로스와 장기간의 패스로스 추정(L0)은 다음 전송의 시간과 패스로스 추정의 시간 사이의 시간 지연에 기초하여 가중된다. 수학식 3은 이러한 가중에 대한 수학식이다.
L은 최근의 패스로스 추정값이고 α는 가중 계수이다. TDD/CDMA와 TD-SCDMA와 같은 시간 슬롯기반 통신 시스템의 경우에는, α는 수학식 4에 따르는 바와 같이, 패스로스가 추정된 시간 슬롯과 k 번째 전력 명령을 수신한 다음의 전송의 시간 슬롯 사이의 시간 슬롯의 수(△TS)를 기초로 한다.
TSMAX는 △TS의 최대값이며, △TS는 2 개의 연속하는 패스로스 추정값 사이의 타임 슬롯의 수와 같다. 예시를 위해, TSMAX가 7 이고 최근의 패스로스 추정값이 다음 전송 이전의 6 개의 시간 슬롯이면, 수학식 4의 α는 1/7 이다. 타임슬롯 기반이 아닌 시스템에서는, α는 패스로스 추정의 측정과 후속하는 전송 사이의 시간 주기에 의해 결정된다.
전력 레벨의 변화에 대한 단차 크기는 패스로스의 변화(△L)를 이용하여 결정된다. 단차 크기를 결정하는 하나의 방법은 임계 시험을 이용한다. 패스로스 변화의 절대값이 임의의 임계값들 사이에 있으면, 특정 단차 크기가 선택된다. 3 개의 단차 크기, step_size1, step_size2 및 step_size3을 이용하여 설명하면, step_size1은 △L이 제1 임계값(T1)보다 작은 경우에 이용된다. step_size2는 △L이 T1과 같거나 T1과 제2 임계값(T2) 사이에 있는 경우에 이용된다. step_size3은 △L이 T2보다 크거나 같은 경우에 이용된다. 이와 달리, 다양한 △L을 여러 개의 단차 크기와 관련짓는 룩업 테이블을 이용해도 된다.
본 발명에 따른 시분할 복신/코드 분할 다중 접속(TDD/CDMA) 기지국의 기준 신호 전력 측정 장치는 기준 신호의 수신 전력 레벨을 측정하고, 패스로스 결정 장치는 측정된 기준 신호 수신 전력 레벨을 기준 신호의 전송 전력 레벨과 비교하여 기준 신호의 패스로스 추정값을 생성한다. 본 발명에 따르면, 전송 전력 제어 결정 장치는 생성된 패스로스 추정값을 이용하여 전송 전력 레벨의 변경 크기를 결정하고 그 결정된 크기 변경량의 전송 전력 명령에 응답하여 전송 전력 레벨의 조정을 결정함으로써 다수의 통신이 동일한 스펙트럼으로 전송될 때 생기는 서로 간의 간섭을 줄일 수 있고, 각 통신을 최소 전력 레벨로 전송하여 목표 신호 대 간섭 비(SIR)와 같은 특정 수신 품질을 달성할 수 있다.
도 1은 패스로스(pathloss) 지원형의 폐쇄 루프 전력 제어의 실시예의 흐름도.
도 2는 패스로스 지원형의 폐쇄 루프 전력 제어를 이용한 송신국과 수신국을 간단하게 도시한 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20 : 송신국
22 : 수신국
24 : 변조 및 확산 장치
26 : 증폭기
28 : 전송 전력 제어 결정 장치
30 : 전송 전력 명령(TPC) 수신 및 판단 장치
32 : 패스로스 결정 장치
34 : 기준 신호 전력 측정 장치
40 : 안테나
42 : 데이터 검출 장치
44 : 채널 추정 장치
46 : 전송 전력 명령 생성 장치
48 : 변조 및 확산 장치
50 : 품질 측정 장치

Claims (1)

  1. 전송 전력의 증가 또는 감소를 나타내는 전송 전력 명령(transmit power command)을 수신하고 상기 수신된 전송 전력 명령의 값을 결정하는 전송 전력 명령 수신 및 판단 장치와,
    시분할 복신/코드 분할 다중 접속(TDD/CDMA)의 형식으로 전송되는 기준 신호를 수신하고 통신을 방사하는 안테나와,
    상기 기준 신호의 수신 전력 레벨을 측정하는 기준 신호 전력 측정 장치와,
    상기 측정된 기준 신호의 수신 전력 레벨을 상기 기준 신호의 전송 전력 레벨과 비교하여 상기 기준 신호의 패스로스 추정값을 생성하는 패스로스 결정 장치와,
    상기 생성된 패스로스 추정값을 이용하여 전송 전력 레벨의 변화의 크기를 결정하고 그 결정된 크기 변화량의 전송 전력 명령에 응답하여 전송 전력 레벨의 조정을 결정하는 전송 전력 제어 결정 장치와,
    TDD/CDMA의 형식으로 상기 통신을 생성하는 변조 및 확산 장치와,
    상기 전송 전력 레벨의 조정에 기초하여 상기 통신의 전송 전력 레벨을 조정하는 증폭기
    를 포함하는 시분할 복신/코드 분할 다중 접속(TDD/CDMA) 기지국.
KR1020050075711A 2001-10-09 2005-08-18 패스로스 지원형의 폐쇄 루프 전력 제어를 이용한 시분할복신/코드 분할 다중 접속 기지국 KR20050091642A (ko)

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