KR20060119792A - 다중 안테나 시스템에서 전력을 제어하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

다중 안테나 시스템에서 전력을 제어하기 위한 방법 및장치 Download PDF

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KR20060119792A
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Abstract

본 발명은 먼저 초기 안테나 가중치 세트를 선택하고 그 선택된 안테나 가중치를 송신 신호의 카피와 곱하여 가중치가 부여된 송신 신호를 생성하는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 타입 또는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)/OFDMA 기반의 다중 안테나 시스템에 이용하는 방법 및 장치에 관한 것이다. OFDM/OFDMA 기반 구현예에서는, 송신 신호의 카피를 선택한 부반송파 세트로 변조하고, 선택된 안테나 가중치를 이용하여 가중치를 부여한다. 다음에 초기의 전체 송신 전력을 이용하여 가중치를 부가한 송신 신호를 송신한다. 소정의 시간 내에 확인 응답을 수신하지 못하면, 안테나 가중치를 조정하고/하거나, 부반송파를 재선택하며, 변조된 가중치를 가한 송신 신호를 재송신한다. 전체 송신 전력은 안테나 가중치 및/또는 선택된 부반송파를 조정할 때에는 고정값으로 유지되고, 소정수의 가중치의 조정 및/또는 부반송파의 재선택 이후에도 확인 응답을 수신하지 못한 경우에만 증가된다.

Description

다중 안테나 시스템에서 전력을 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR POWER CONTROL IN A MULTIPLE ANTENNA SYSTEM}
도 1은 종래의 개방 루프 전력 제어(OLPC) 방식을 도시한 그래프도.
도 2는 본 발명에 따른 OLPC 방식의 흐름도.
도 3은 본 발명의 OLPC 방식을 구현하도록 구성된 무선 송수신 유닛(WTRU)을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 OLPC 방식을 도시한 그래프도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300 : 무선 송수신 유닛(WTRU)
302 : 신호 발생기
304 : 직병렬(S/P) 컨버터
306 : 가중 처리 프로세서
308 : 곱셈기
310a, 310b, 310c,...310n : 송수신 안테나
312 : 코드 기억 프로세서
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 전력 제어에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 본 발명은 다중 안테나 통신 시스템에서 개방 루프 전력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 통신 시스템, 구체적으로 코드 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 타입의 시스템에서 그리고 직교 주파수 분할 다중화(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/OFDMA 기반의 시스템에서는 수신기 간섭을 제한하고 전력 소비를 최소화하여 셀룰러 능력과 신호 품질을 향상시키기 위해 전력 제어를 이용한다. 예컨대, 개방 루프 전력 제어(OLPC: Open Loop Power Control)를 이동 통신 장치에 이용하여 그 장치의 최초 송신 전력을 수신기의 수신에 적합한 레벨로 설정한다. 수신기와의 통신 링크가 구축되면, 폐쇄 루프 전력 제어(CLPC: Closed Loop Power Control) 방식을 이용하여 통신 링크를 원하는 서비스 품질(QoS) 레벨로 유지시킨다.
종래의 OLPC 방식에 있어서, 이동 장치는 소정의 최초 송신 전력을 이용하여 신호를 목표 기지국으로 송신한다. 그 기지국에서는, 송신된 신호의 품질을 측정하여 통신 링크가 이동 장치와 구축되어 있는지의 여부를 판정한다. 이 경우에, 송신된 신호의 품질은 대개 경로 손실, 간섭, 또는 신호대 간섭비(SIR)의 측정치이다. 송신된 신호의 품질이 통신 링크를 구축하기에 적합하다면, 기지국은 그러한 내용을 나타내는 응답 신호를 이동 장치로 송신한다. 그러나, 송신된 신호가 부적절한 것으로 간주된다면, 및/또는 이동 장치가 응답 신호를 수신하지 못하면, 이동 장치는 송신 전력을 증가시켜 신호를 재송신한 후 기지국의 응답 신호를 대기한다. 이동국은 사실상 응답 신호를 수신할 때까지, 소정의 시간 간격으로 송신 전력을 소정의 양만큼 계속해서 증가시킬 것이다. 이러한 종래의 OLPC 방식이 도 1에 도시되어 있다.
이하, 도 1을 참조하면, 전술한 종래의 OLPC 방식을 그래프로 도시되어 있다. 도시된 방식(100)은 CDMA, CDMA2000, UMTS(Universal Mobile Telecommunications System), 또는 그외 다른 무선 통신 시스템에서 동작하도록 구성된 단일 안테나의 이동 통신 장치(도시 생략)에서의 OLPC 기능을 나타낼 수 있다.
통신 링크를 구축하기 위해, OLPC 방식(100)에서는 먼저 이동 장치가 최초 송신 신호(T1)를 소정의 최초 송신 전력 레벨(PT1)에서 송신해야 한다. 소정의 시간 간격(Δt) 후에, 이동 장치가 응답 신호를 수신하지 못하면, 송신 전력(P)은 제1 전력 증가량(Δ1P)만큼 증가되며, 신호는 조정된 송신 전력(PT2)에서 재송신된 T2가 되고, 여기서, PT2는 이하의 수학식 1에 나타내는 바와 같이, 최초의 송신 전력(PT1)과 소정의 전력 증가량(Δ1P)의 합으로 정의될 수 있다.
Figure 112006034290918-PAT00001
이하 마찬가지로, 후속 송신(Tn)의 송신 전력(PTn)도 이하의 수학식 2에 나타내는 바와 같이, 일반적으로 정의될 수 있다.
Figure 112006034290918-PAT00002
여기서, ΔiP, 즉 송신 전력의 증가량은 고정적이거나 가변적일 수 있다.
OLPC 방식(100)에서 알 수 있는 바와 같이, 이동 장치는 응답 신호를 수신할 때까지, 즉 통신 링크가 구축될 때까지 자신의 송신 신호(T3, T4, …, Tn)를, 증가된 송신 전력(PT3, PT4, …, PTn)에서 계속해서 재송신해야 한다. 통신 링크가 구축되면, OPLC 기능(100)은 종료되고, CLPC 기능(도시 생략)이 그 구축된 통신 링크의 전력 제어를 전담한다. 이러한 형태의 종래의 OLPC 방식(100)에 따르면, 이동 장치는, 예컨대 페이딩의 연장 시기 또는 증가한 다중 경로 때문에 큰 평균 전력 레벨에서 통신 신호를 송신해야 한다. 또한, 종래의 OLPC 방식은 단일 안테나 이동 통신 장치에만 적용될 수 있다. 다중 안테나 장치에서 최초 송신 전력을 최적화하기에 적합한 OLPC 방식은 존재하지 않는다.
따라서, 무선 통신 시스템에서의 소비 전력을 최소화하면서 다중 안테나 장치의 개방 루프 전력 제어를 수행하기 위한 방법 및 장치가 필요하다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 전력 소비를 최소화할 수 있는, 다중 안테 나 장치에서 개방 루프 전력 제어(OLPC)를 수행하는 방법 및 장치를 제공한다. 초기 안테나 가중치 세트를 선택하고 그것을 송신 신호의 카피와 곱하여 가중치가 부여된 송신 신호를 생성한다. 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)/OFDMA 기반 구현예에서는, 송신 신호의 카피를 선택한 부반송파 세트로 변조하고, 선택한 안테나 가중치를 이용하여 부파송파에 가중치를 부여한다. 다음에 초기의 전체 송신 전력을 이용하여 가중치를 부가한 송신 신호를 송신한다. 소정의 시간 내에 의도한 수신기로부터 만족할 만한 신호 강도의 확인 응답을 수신하지 못하면, 안테나 가중치를 조정하고/하거나, 부반송파를 재선택, 변조 및 가중치를 가하여, 새로이 가중치를 가한 송신 신호를 재송신한다. 전체 송신 전력은 안테나 가중치 및/또는 선택한 부반송파를 조정할 때에는 고정값으로 유지되고, 소정수의 가중치를 조정한 후에도 만족할 만한 신호 강도의 확인 응답을 수신하지 못한 경우에만 증가된다.
(실시예)
이하, 무선 송수신 유닛(WTRU)은 사용자 장치, 이동국, 고정 또는 이동 가입자국, 페이저, 무선 환경에서 동작 가능한 모든 종류의 장치를 포함하지만, 이것들로 한정되는 것은 아니다. 이하, 기지국은 노드 B, 사이트 컨트롤러, 액세스 포인트, 무선 환경에서의 모든 종류의 인터페이싱 장치를 포함하며, 이것들로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 다중 안테나의 무선 통신 시스템에서 이용하는 개방 루프 전력 제어(OLPC) 방식 및 WTRU를 제공한다. 단일 안테나형 장치에서 이용할 수 있도록 설계된 종래의 OLPC 방식에 비해서, 본 발명의 방식에서는 수신기에서 신호를 성공적 으로 수신할 때까지 신호의 송신 전력이 그다지 증가하지 않는다. 이하 더 설명하는 바와 같이, 본 발명의 OLPC 방식에서는 전체 송신 전력을 유지하면서 송신 신호의 각종 안테나 가중치를 조정한다. 소정수의 가중치를 조정한 후에도 송신 신호의 수신에 대한 확인 응답이 성공적으로 이루어지지 않는다면, 그 경우에만 전체 송신 전력이 증가하게 된다. 이와 같이 송신 전력을 제어함으로써, 통신 링크 설정에 필요한 전력량을 최소화하고 통신 링크 설정 후에는 초기의 평균 송신 전력을 낮출 수 있게 된다.
배경 기술로서, 다중 안테나 시스템은 일반적으로 적어도 하나의 송신기 및/또는 수신기가 하나 이상의 안테나를 채용하는 무선 통신 시스템을 참조한다. 이러한 시스템의 예로는 CDMA, 광대역(W)-CDMA, CDMA-one, CDMA-2000, IS95A, IS95B, IS95C, UMTS 등이 있다. LTE(long-term evolution) 3GPP, IEEE 802.16c (Wi-Max), IEEE 802.11n 등의 OFDM/OFDMA 기반 시스템도 다중 안테나 시스템의 예에 해당된다. 다중 안테나 장치의 이용에 따른 두가지 주요 이점은 공간 다이버시티와 공간 다중화를 통한 시스템 처리량의 향상이다.
공간 다이버시티는 증가된 개수의 송신 안테나에 의해 성공적으로 송신되는 양질의 신호의 증가된 가능성을 의미한다. 즉, 안테나의 개수가 증가할수록, 양질의 신호를 성공적으로 송신하는 기회가 증가하게 된다. 공간 다중화는 동일한 주파수 스펙트럼에서 그리고 동일한 시간에 다수의 안테나로부터 데이터 스트림들을 송수신하는 것을 의미한다. 이러한 다중화 특성에 의해, 시스템은 보다 높은 피크 데이터 레이트와 증가된 스펙트럼 효율을 실현할 수 있게 된다. 본 발명의 OLPC 방식 과 결합하여 이용하는 경우, 공간 다이버시티와 공간 다중화를 이용하여 전력 소비를 보다 최소로 할 수 있고, 이에 의해, 시스템 용량, 성능, 처리량을 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여 보면, 본 발명에 따른 OLPC를 구현하는 방법을 설명하는 흐름도(200)가 도시되어 있다. 통신 링크를 구축하기 위한 목적으로 신호가 생성되는 경우 개방 루프 전력 제어가 개시된다(단계 202). 이후, 직렬/병렬 컨버터와 같은 것을 이용하여 신호의 카피가 생성된다(단계 203). 단일 반송파 FDMA(S-FDMA)를 포함하는 OFDM/OFDMA 기반 시스템의 경우에는, 이들 신호 카피가 복수의 선택된 부반송파로 변조된다(단계 203a). 이후, 단일 카피본 및/또는 변조된 부반송파에 대한 적용을 위하여 초기 안테나 가중치 세트를 선택한다(단계 204). 이후, 신호 카피 및/또는 부반송파를 선택된 안테나 가중치와 곱하여 가중 처리된 신호를 생성한다(단계 206).
안테나 가중치 또는 "가중 처리"의 적용은 신호들이 다수의 송신 안테나에 걸쳐 송신되기 전에 특정 신호들 및/또는 부반송파들의 특정 송신 파라미터(예를 들어, 위상, 진폭 등)를 변조하는 처리를 의미한다. 이러한 가중 처리는 송신시 원하는 수신기 방향으로 최대 신호 강도를 방사하도록 하는 합성 신호를 발생시킨다. 본 발명의 설명에서는, 안테나 가중치가 초기 송신 신호에 적용되어(단계 204), 원하는 수신기에서의 신호 수신을 보장하고 원하는 송신 전력 레벨을 유지하는 것을 보장한다.
초기 안테나 가중치의 선택(단계 204)은 어떤 적절한 여러 수단에 의해 수행 할 수 있다. 예를 들어, 초기 가중치는 "WTRU"에 저장된 "코드북(code book)"으로부터 선택될 수도 있다. 이러한 코드 북은 예를 들어 특정 WTRU에 대하여 구성되어진 소정의 가중치 순열들을 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 안테나 가중치는 공간-시간 부호화 체계에 따라 선택될 수도 있으며, 여기서 송신 WTRU는 여러 안테나에서의 페이딩의 상관을 이용하여 최적의 안테나 가중치를 판정한다. 또한, 안테나 가중치는 이전에 수신한 채널 품질 표시자(CQI)에 따라 선택될 수도 있다. 안테나 가중치를 판정하는 방법의 또 다른 예는 다중 입력 다중 출력(MIMO) "블라인드 빔 형성"을 포함한다. 블라인드 빔 형성은 다중 안테나를 통하여 이전에 수신된 신호로부터 알지 못하는 채널 임펄스 응답의 추출을 시도한다. 이후, 안테나 가중치가 이들 임펄스 추정값에 기초하여 판정될 수 있다.
도 2를 다시 참조하여 보면, 안테나 가중치가 선택되어(단계 204) 송신 신호의 카피에 적용되면(단계 206), 송신 신호들이 초기 전체 송신 전력에서 다수의 안테나를 통하여 송신된다(단계 208). 여기서 이용되는 "전체 송신 전력"은 다수의 송신 안테나를 통하여 송신 신호를 송신하는데 소비하는 총 송신 전력을 의미하며, 개개의 안테나에 의해 소비되는 송신 전력은 변화될 수 있다.
소정의 시간 동안에 응답 신호가 수신되는 경우(단계 210), 통신 링크가 구축되고 (단계 216), 방법(200)이 종료한다. 응답 신호는 예를 들어, 가중 처리된 신호가 성공적으로 수신되었는지를 WTRU에 알리는 CQI와 같은 어떤 형태의 표시도 포함할 수 있다.
응답 신호가 수신되지 않으면(단계 210), 초기 안테나 가중치가 조정되고(단 계 212), 송신 신호가 재가중 처리되어(단계 206) 재송신된다(단계 208). 선택적으로, OFDM-기반 구현에서, 상이한 세트의 부반송파들은 초기 안테나 가중치를 조정하기보다 또는 이에 부가하여 신호 카피들(203a)로 변조되기 위하여 선택될 수도 있다(단계 212). 그러나, 안테나 가중치들을 조정할 때 및/또는 부반송파들을 재선택할 때(단계 212), 전체 송신 전력은 변하지 않는다는 것에 주목해야 한다. 즉, 안테나 가중치들을 조정하는 것 및/또는 부반송파들을 재선택하는 것은 특정 부반송파 및/또는 특정 안테나(들)의 송신 전력을 증가시키는 결과를 낳을 수 있어도, 모든 안테나들의 전체 송신 전력은 동일하다.
가중치 조정 및/또는 부반송파 재선택(단계 212), 안테나 가중치들의 재적용(단계 206), 및 가중된 신호의 재송신(단계 208) 후, OLPC 방식(200)은, 응답 신호가 사전 결정된 기간 내에 수신되는 지의 여부를 판정한다(단계 210). 조정된 안테나 가중치들 및/또는 재선택된 부반송파들이 응답 신호를 생성하는 데에 실패하면, 안테나 가중치들이 재조정되고 및/또는 새로운 부반송파 세트들이 선택되고(단계 212), 안테나 가중치들이 적용되고(단계 206), 가중된 신호가 재송신된다(단계 210). 이 조정/재송신 주기, 즉 단계 206, 208 및 210에 후속하는 단계 212는, 응답 신호가 성공적으로 수신될 때까지 지속된다.
사전 결정된 수의 가중치 및/또는 부반송파 조정/재송신 주기 후, 응답 신호가 수신되지 않았으면, 전체 송신 전력 할당이 증가된다(단계 214). 이 보다 높은 전력 할당에 기초하여, 안테나 가중치들이 재조정되고 및/또는 부반송파들이 재선택되고(단계 212), OLPC 방식(200)의 남은 부분은, 통신 링크가 구축될 때까지(단 계 216) 또는 그렇지 않으면 OLPC 방식(200)이 종료될 때까지 반복된다. 결과적인 전력 증가(단계 214)는 고정량 또는 가변량 만큼일 수도 있다는 것에 주목되어야 한다.
이하, 도 3을 참조하여, 본 발명에 따라 OLPC를 구축하도록 구성된 WTRU(300)가 도시되어 있다. WTRU(300)에는, 초기 송신 신호를 생성하는 신호 발생기(302), 초기 송신 신호의 카피를 제공하는 직병렬(serial to parallel, S/P) 컨버터(304), 전체 송신 전력 조정을 포함하는, 안테나 가중치들을 획득하여 조정하는 가중 처리 프로세서(306), 상기 가중 처리 프로세서(306)에 의하여 제공된 안테나 가중치를 사용하여, 신호 카피를 가중 처리하거나, OFDM/OFDMA의 경우 변조된 부반송파들을 가중 처리하는 곱셈기(308), 및 가중 처리된 신호를 송신하고 응답 신호들을 수신하는 복수의 송수신 안테나들(310a, 310b, 310c,...310n)이 포함된다. 또한, 도시된 WTRU(300)에는 사전 결정된 및/또는 이미 사용된 안테나 가중치들을 기억하는 선택적 코드 기억 프로세서(312)가 포함된다.
WTRU(300)에서, 신호 발생기(302)는, 예컨대 기지국(도시 생략됨)과의 통신 링크를 구축하는 초기 송신 신호를 발생시킨다. 다음에, 이 송신 신호는, 송신 신호의 복수의 카피들이 생성되고, 하나의 카피가 복수의 송수신 안테나들(310a, 310b, 310c, ...310n)의 각각에 대응하는 것인 S/P 컨버터(304)에서 처리된다. 다음, 초기 안테나 가중치 세트들은 생성된 송신 신호의 카피로의 적용을 위하여 가중 처리 프로세서(306)에 의하여 획득된다. 이러한 관점에서, 가중 처리 프로세서(306)는 사전 결정된 및/또는 이미 사용된 안테나 가중치들을 기억하는 코드 기 억 프로세서(312)로부터 포함되는, 임의의 적합한 수단에 의하여 초기 안테나 가중치 세트들을 획득할 수도 있다.
단지 예로서 설명하기 위하여, 공간-시간 부호화 체계에 따라 초기 안테나 가중치 세트들이 선택될 수도 있으며, 가중 처리 프로세서(306)는 최적 안테나 가중치들을 결정할 때, 복수의 송수신 안테나들(310a, 310b, 310c,...310n)의 페이딩의 상관의 자신의 자각(awareness)을 사용하도록 구성된다. 또한, 가중 처리 프로세서(306)는 MIMO 블라인드 빔 형성 알고리즘에 기초하여 최적의 안테나 가중치들을 추정하도록 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 가중 처리 프로세서(306)는 선택적인 코드 기억 프로세서(312)에 기억되고 이미 생성되었던 가중치들을 초기 안테나 가중치들로서 선택한다.
안테나 가중치가 선택되면, 곱셈기(308)는 선택된 안테나 가중치에 신호 카피를 곱하여 가중 처리된 송신 신호를 생성한다. OFDM/OFDMA 기반 송신기의 경우에는, 선택적인 부반송파 발생기(도시 생략됨)가 소정 수의 부반송파를 생성하여 선택하기 위해서 포함될 수도 있다. 그러한 구현예에서, 부반송파는 신호 카피와 함께 변조되고, 이어서, 선택된 안테나 가중치를 이용하여 곱셈기(308)에 의해 가중 처리된다. 이후, 가중 처리된 신호 카피 및/또는 부반송파는 사전 결정된 전체 송신 전력으로 복수의 송수신 안테나들(310a, 310b, 310c,...310n)을 통해 가중 처리된 송신 신호로서 원하는 기지국(도시 생략됨)으로 송신된다. 사전 결정된 시간 간격 내에서, 원하는 기지국(도시 생략됨)은 가중 처리된 송신 신호의 검출을 확인 응답하고, 응답 신호는 WTRU(300)에서 수신되어 통신 링크가 구축된다.
그러나, 가중 처리된 송신 신호의 수신이 확인 응답되지 않은 경우, 가중 처리 프로세서(306)는 초기 안테나 가중치(예를 들어, 위상, 크기, 및 임의의 다른 사전 결정된 송신 파라미터)의 제1 조정을 행하고, 이 조정치를 곱셈기(308)에 전송하며, 이 조정치는 신호 카피 및/또는 부반송파에 적용된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 부반송파 발생기(도시 생략됨)는 송신에 이용하기 위해서 부반송파를 재선택할 수도 있다. 이후, 새롭게 가중 처리된 신호는 복수의 송수신 안테나(310a, 310b, 310c,...310n)를 통해 기지국(도시 생략됨)으로 재송신된다. 안테나 가중치 및/또는 재선택된 부반송파의 조정에 있어서, 전체 초기 송신 전력은 변화되지 않고 남아있음에 유의해야 한다.
제1 안테나 가중치 및/또는 부반송파 조정 후에, 가중 처리된 송신 신호의 수신이 여전히 확인 응답되지 않는 경우, 안테나 가중치는 재조정, 재적용 및 가중 처리된 송신 신호가 재송신된다. 선택적으로 또는 부가적으로, 부반송파는 전류 또는 조정된 안테나 가중치를 통해 재선택되고 가중 처리될 수도 있다. 이 조정/재송신 사이클은 가중 처리된 송신 신호가 기지국에서 성공적으로 수신될 때까지 계속되고 동일한 확인 응답 반영이 WTRU(300)에서 수신된다. 전술한 바와 같이, 안테나 가중치가 조정되고 부반송파는 부반송파의 초기에 사전 결정된 레벨로 전체 송신 전력을 유지하는 방법으로 재선택된다. 즉, 전체 송신 전력은 바람직하게는 CDMA-2000, CDMA-one, UMTS, WCDMA, GSM, IEEE 802.11n, IEEE 802.16e, LTE 3GPP 등을 포함하는 임의의 적용가능한 표준에 따라 정규화된다. 이하에 기술된 바와 같이, 이러한 정규화는 전체 송신 전력이 증가될 수 있는 다수의 조정 사이클의 완료후에 만 가능하다.
사전 결정된 수의 가중치 및/또는 부반송파 조정 순열 후에도, 가중치 부여된 송신 신호의 수신이 여전히 확인 응답되지 않은 경우, 가중 처리 프로세서(306)가 전체 송신 전력 할당을 증가시킨다. 이 증가된 전력 할당에 기초하여, 안테나 가중치 및/또는 선택된 부반송파는 재조정되고, 신호 카피 및/또는 부반송파는 재가중 처리되고 가중 처리된 신호는 이전에 기술된 바와 같이 재송신된다. 통신 링크가 구축될 때까지 또는 후속하는 전체 전력 증가가 불가피하다고 간주될 때까지, 이 새로운 전체 송신 전력 할당은 추후의 안테나 가중치 및/또는 부반송파 조정/선택에 대한 임계값이 된다. 임의의 후속하는 증가는 제1 증가치와 동일한 고정량, 또는 가변량까지 될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
통신 링크가 구축된 후, 즉 송신 신호의 수신이 기지국(도시 생략됨)에서 확인 응답된 후, 응답 생성시 사용되는 대응하는 안테나 가중치 세트 및/또는 대응하는 부반송파 세트는 장래의 통신 링크의 구축시에 사용하기 위하여 가능하다면 선택적인 코드 기억 프로세서(312)에 바람직하게 저장된다. 스마트 안테나 구성 WTRU에 있어서, 이 안테나 가중치/부반송파 조합들은 빔 형성시 및/또는 다양한 다른 MIMO 알고리즘에 사용하기 위한 초기 구성과 같이 이용될 수도 있다.
이하, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따라 구현된 OLPC의 그래프(400)가 도시되어 있다. 이 그래프(400)는, CDMA, CDMA2000, CDMA-one, UMTS, OFDM/OFDMA, S-FDMA, IEEE 802.16e, IEEE 802.11n, LTE 3GPP, 또는 기타의 다중 안테나 무선 통신 시스템에서 동작하도록 구성된 도시되지 않은 다중 안테나 WTRU에서 OLPC 기능을 나타낼 수 있다.
통신 링크를 구축하기 위해, 도시되지 않은 WTRU는, 선택된 안테나 가중치 세트로 가중치가 부여된 초기 송신 신호 T1을, 초기의 사전 결정된 송신 전력 레벨 PTi에서 송신한다. OFDM 기반의 구현에서, 가중치들은 초기 세트의 선택된 부반송파들에 적용된다. 만일 사전 결정된 시간 간격 △t 내에서, 도시되지 않은 WTRU는 가중치 부여된 송신 신호 T1의 수신을 확인하는 확인 응답을 수신하지 않았다면, 안테나 가중치가 조정되고 및/또는 초기의 사전 결정된 송신 전력 상수를 정규화하거나 유지하는 방식으로 부반송파들이 재선택된다. 그 다음, 새로이 조정된 안테나 가중치들이 송신 신호 T1에 적용되고 조정된 송신 신호 T2가 재송신된다. 선택적으로 또는 추가적으로, 새로운 세트의 부반송파들이 재선택되고, 초기 안테나 가중치 또는 새로이 조정된 안테나 가중치로 가중치가 부여된다.
만일 이 안테나 가중치 및/또는 부반송파 조정 이후에 조정된 송신 신호 T2의 수신이 확인 응답되지 않으면, 안테나 가중치 및/또는 선택된 부반송파들이 다시 한번 조정되고, 재가중치를 부여받으며, 재조정된 송신 신호 T3가 재송신된다. 이러한 조정/재송신 사이클은, 통신 링크가 구축될 때까지, 또는 사전 결정된 갯수 n개의 조정된 신호 Tn이 송신되어 성공적으로 확인 응답될 때까지 계속된다. 그래프(400)에 나타낸 바와 같이, 비록 송신 신호들(T1, T2, T3, ... Tn)은 각각 상이한 안테나 가중치/부반송파 조합으로 송신되지만, 이들은 동일한 전반적 초기 송신 전 력 레벨 PTi로 송신된다.
n개 송신 이후, 만일 통신 링크가 구축되지 않았다면, 초기 송신 전력 레벨 PTi는 제1 전력 증분량 △1P만큼 증가한다. 그 다음, 송신 신호 Tn +1이 조정된 안테나 가중치 세트들 및/또는 새로이 조정된 전체 송신 전력 레벨 PT1을 갖는 새로이 선택된 부반송파들로 재송신된다. 여기서, PT1은 초기 송신 전력 PTi와, 이하의 수학식 3으로 표시되는 사전 결정된 전력 증분 △1P의 합계로서 정의된다.
PT1 = PTi + △1P
후속된 송신 신호 Tn +1...Tn +n은, 통신 링크가 구축될 때까지, 또는 추가의 n개 신호들이 성공적으로 송신되지 않을 때까지, 지속적으로 가중치 부여되고 및/또는 부반송파 조정되며, 증가된 전력 레벨 PT1에서 송신된다. 이 시점에서 송신 전력 PT1은 제2 전력 증분량 △1P만큼 증분된다. 일단, 통신 링크가 구축되면, OPLC 기능이 종료하고 CLPC 기능(도시 생략됨)이 구축된 통신 링크의 전력 제어를 떠맡게 된다.
본 발명의 양호한 실시예에서, 채널 상태, 전송 안테나 갯수, 및 다양한 기타의 인자에 따라 3 내지 7 dB의 신호대 잡음비(SNR) 이득이 달성가능하다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 예를 들어 WTRU에서 본 발명을 구현하기 위해, WTRU 내에 일반적으로 존재하는 하드웨어가 아닌 어떠한 추가의 하드웨어도 필요하지 않다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 특징들은 IC 내에 병합될 수도 있고 상호 접속된 많은 부품들을 포함하는 회로에서 구성될 수도 있다.
본 발명의 특징들 및 요소들이 특정한 조합의 양호한 실시예들로 기술되었지만, 각각의 특징 및 요소는 양호한 실시예들의 다른 특징들 및 요소들이 없이 단독으로 사용되거나, 또는 본 발명의 다른 특징들 및 요소들과 함께 또는 이들을 사용함이 없이 다양한 조합으로 사용될 수 있다.
이상, 본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템에서 소비 전력을 최소화하면서 다중 안테나 장치의 개방 루프 전력 제어를 수행할 수 있는 다중 안테나 시스템에서의 전력 제어 방법 및 장치를 실현할 수 있다.

Claims (61)

  1. 다중 안테나 송신기에 사용되는 개방 루프 전력 제어(OLPC; Open Loop Power Control) 방법에 있어서,
    초기 안테나 가중치 세트를 선택하는 단계와;
    상기 선택된 안테나 가중치에 송신 신호의 카피를 곱해서 가중치가 부가된 송신 신호를 생성하는 단계와;
    초기 전체 송신 전력을 사용하여 상기 가중치가 부가된 신호를 송신하는 단계와;
    상기 송신 신호의 안테나 가중치를 조정하여, 의도한 수신기로부터 만족할 만한 신호 강도의 확인 응답이 수신될 때까지 상기 송신 신호를 재송신하는 단계
    를 포함하는 개방 루프 전력 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 초기 안테나 가중치 세트는 코드 북(code book)에 저장된 사전 결정된 값들로부터 선택되는 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 초기 안테나 가중치 세트는 공간-시간 부호화 체계(coding scheme)에 따라서 선택되는 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 초기 안테나 가중치 세트는 다중 입력 다중 출 력(MIMO) 블라인드 빔 형성 알고리즘(blind beam forming algorithm)에 따라서 선택되는 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 초기 안테나 가중치 세트는 사전 전송시에 만족할 만한 신호 강도의 확인 응답이 생성된 가중치 세트인 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전체 송신 전력 레벨은 안테나 가중치가 조정되는 고정값으로 유지되는 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 만족할 만한 신호 강도의 확인 응답이 사전 결정된 횟수의 안테나 가중치 조정값 내에 수신되지 않는 경우에 상기 송신 신호의 전체 송신 전력 레벨을 증가시키는 단계를 더 포함하는 개방 루프 전력 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전체 송신 전력 레벨은 고정된 양만큼 증가되는 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전체 송신 전력 레벨은 가변량만큼 증가되는 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 송신기는 부호 분할 다중 접속(CDMA)의 다중 안테나 시스템에 사용하기 위해서 구성되는 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 송신기는 무선 송수신 유닛(WTRU)인 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 송신기는 기지국인 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 송신기는 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 기반의 다중 안테나 시스템에 사용하기 위해서 구성되는 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 다중 안테나 송신기는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 송신기인 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 다중 안테나 송신기는 단일 반송파 주파수 분할 다중 접속(S-FDMA) 송신기인 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  16. 제13항에 있어서, 신호 카피를 갖춘 사전 결정된 부반송파 세트를 변조하고, 상기 선택된 안테나 가중치를 사용해서 상기 변조된 부반송파에 가중치를 부가하는 단계를 더 포함하는 개방 루프 전력 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서, 대체 부반송파 세트를 선택하는 단계와;
    상기 신호 카피를 갖춘 대체 부반송파를 변조하는 단계와;
    상기 초기 안테나 가중치를 사용해서 상기 변조된 대체 부반송파에 가중치를 부가하는 단계를 더 포함하는 개방 루프 전력 제어 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 초기 안테나 가중치 세트는 조정되고, 만족할 만한 신호 강도의 확인 응답이 수신될 때까지 상기 부반송파의 세트가 재선택되는 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 신호 강도 확인 응답은 사전에 정의된 채널 품질 표시자(CQI)인 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 송신기는 무선 송수신 유닛(WTRU)인 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 송신기는 기지국인 것인 개방 루프 전력 제어 방법.
  22. 다중 안테나 시스템에서 OLPC를 수행하도록 구성되는 다중 안테나 송신기로서,
    초기 송신 신호를 생성하도록 구성되는 신호 발생기와;
    상기 초기 송신 신호의 카피를 제공하도록 구성되는 직병렬(S/P) 컨버터와;
    초기 안테나 가중치 세트를 선택하고, 만족할 만한 신호 강도의 확인 응답(acknowledgement)이 수신될 때까지 상기 초기 안테나 가중치를 조정하도록 구성되는 가중 처리 프로세서와;
    안테나 가중치들에 상기 송신 신호의 카피를 곱하여 가중 처리된 송신 신호를 생성하도록 구성되는 곱셈기와;
    초기 전체 송신 전력 레벨에서 상기 가중 처리된 송신 신호를 송신하고 신호 강도 확인 응답을 수신하도록 구성되는 복수의 송수신 안테나
    를 포함하는 다중 안테나 송신기.
  23. 제22항에 있어서, 사전 결정되어 이전에 사용된 안테나 가중치들의 코드 북을 저장 및 유지하도록 구성되는 코드 기억 프로세서를 더 포함하고, 상기 가중 처리 프로세서는 상기 코드 기억 프로세서에 저장된 값들로부터 안테나 가중치들을 선택하도록 구성되는 것인 다중 안테나 송신기.
  24. 제22항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서는 공간-시간(space-time) 부호화 체계에 따라 상기 안테나 가중치들을 선택하도록 구성되는 것인 다중 안테나 송신기.
  25. 제22항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서는 MIMO 블라인드 빔 형성 알고리즘에 따라서 상기 안테나 가중치들을 선택하도록 구성되는 것인 다중 안테나 송신기.
  26. 제22항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서는, 상기 초기 안테나 가중치 세트로서, 이전의 송신시에 만족할 만한 신호 강도 확인 응답을 생성하는 가중치들의 세트를 사용하도록 구성되는 것인 다중 안테나 송신기.
  27. 제22항에 있어서, 상기 송신기는 상기 안테나 가중치들이 조정될 때 고정된 값으로 상기 초기 전체 송신 전력 레벨을 유지하도록 구성되는 것인 다중 안테나 송신기.
  28. 제27항에 있어서, 상기 송신기는, 신호 강도 확인 응답이 소정의 횟수의 안테나 가중치 조정값 내에서 수신되지 않는 경우에 상기 가중 처리된 송신 신호의 상기 초기 전체 송신 전력 레벨을 증가시키도록 구성되는 것인 다중 안테나 송신기.
  29. 제28항에 있어서, 상기 전체 송신 전력 레벨은 고정된 량 만큼 증가되는 것인 다중 안테나 송신기.
  30. 제28항에 있어서, 상기 전체 송신 전력 레벨은 가변량 만큼 증가되는 것인 다중 안테나 송신기.
  31. 제28항에 있어서, 상기 송신기는 CDMA 타입의 다중 안테나 시스템에서 동작하도록 구성되는 것인 다중 안테나 송신기.
  32. 제31항에 있어서, 상기 송신기는 WTRU 인 것인 다중 안테나 송신기.
  33. 제31항에 있어서, 상기 송신기는 기지국인 것인 다중 안테나 송신기.
  34. 제28항에 있어서, 상기 송신기는 OFDM 기반 무선 통신 시스템에서 동작하도록 구성되는 것인 다중 안테나 송신기.
  35. 제34항에 있어서, 상기 송신기는 OFDMA 송신기인 것인 다중 안테나 송신기.
  36. 제34항에 있어서, 상기 송신기는 S-FDMA 송신기인 것인 다중 안테나 송신기.
  37. 제34항에 있어서, 사전 결정된 부반송파 세트를 발생시키도록 구성되는 부반송파 발생기를 더 포함하고, 상기 부반송파들은 상기 신호 카피를 사용하여 변조되고, 상기 곱셈기는 상기 안테나 가중치들에 상기 변조된 부반송파들을 곱함으로써 가중 처리된 송신 신호를 생성하도록 추가적으로 구성되는 것인 다중 안테나 송신기.
  38. 제37항에 있어서, 상기 부반송파 발생기는 대체 부반송파 세트를 선택하도록 구성되며, 상기 대체 부반송파들은 상기 신호 카피를 사용하여 변조되고 상기 초기 안테나 가중치들을 이용하여 가중 처리되는 것인 다중 안테나 송신기.
  39. 제38항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서는 상기 초기 안테나 가중치들을 조정하고, 상기 부반송파 발생기는 만족할 만한 신호 강도 확인 응답이 수신될 때까지 부반송파 세트를 재선택하는 것인 다중 안테나 송신기.
  40. 제39항에 있어서, 상기 신호 강도 확인 응답은 CQI인 것인 다중 안테나 송신기.
  41. 제40항에 있어서, 상기 송신기는 WTRU인 것인 다중 안테나 송신기.
  42. 제40항에 있어서, 상기 송신기는 기지국인 것인 다중 안테나 송신기.
  43. 다중 안테나 시스템에서 OLPC를 수행하도록 구성되는 집적 회로(IC)로서,
    초기 송신 신호를 발생시키도록 구성되는 신호 발생기와;
    상기 초기 송신 신호의 카피를 제공하도록 구성되는 직/병렬(S/P) 컨버터와;
    초기 안테나 가중치 세트를 선택하고, 만족할 만한 신호 강도 확인 응답이 수신될 때까지 상기 초기 안테나 가중치들을 조정하도록 구성되는 가중 처리 프로세서와;
    안테나 가중치들에 상기 송신 신호의 카피를 곱하여 가중 처리된 송신 신호를 생성하도록 구성되는 곱셈기
    를 포함하는 집적 회로.
  44. 제43항에 있어서, 사전 결정되어 이전에 사용된 안테나 가중치들의 코드 북을 저장 및 유지하도록 구성되는 코드 기억 프로세서를 더 포함하고, 상기 가중 처리 프로세서는 상기 코드 기억 프로세서에 저장된 값들로부터 안테나 가중치들을 선택하도록 구성되는 것인 집적 회로.
  45. 제44항에 있어서, 상기 집적 회로는 상기 안테나 가중치들이 조정될 때 고정된 값으로 송신기의 초기 전체 송신 전력 레벨을 유지하도록 구성되는 것인 집적 회로.
  46. 제45항에 있어서, 상기 집적 회로는, 송신기에서 신호 강도 확인 응답이 소정의 횟수의 안테나 가중치 조정값 내에서 수신되지 않는 경우에 상기 가중 처리된 송신 신호의 상기 초기 전체 송신 전력 레벨을 증가시키도록 구성되는 것인 집적 회로.
  47. 제46항에 있어서, 상기 집적 회로는 CDMA 타입의 다중 안테나 시스템에서 동작하도록 구성되는 것인 집적 회로.
  48. 제46항에 있어서, 상기 집적 회로는 OFDM 기반의 무선 통신 시스템에서 동작하도록 구성되는 것인 집적 회로.
  49. 제48항에 있어서, 사전 결정된 부반송파 세트를 발생시키도록 구성되는 부반송파 발생기를 더 포함하고, 상기 부반송파들은 상기 신호 카피를 사용하여 변조되고, 상기 곱셈기는 상기 초기 안테나 가중치들에 상기 변조된 부반송파들을 곱함으로써 가중 처리된 송신 신호를 생성하도록 추가적으로 구성되는 것인 집적 회로.
  50. 제49항에 있어서, 상기 부반송파 발생기는 대체 부반송파 세트를 선택하도록 구성되며, 상기 대체 부반송파들은 상기 신호 카피를 사용하여 변조되고 상기 초기 안테나 가중치들을 이용하여 가중 처리되는 것인 집적 회로.
  51. 제50항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서는 상기 초기 안테나 가중치들을 조정하고, 상기 부반송파 발생기는 부반송파 세트를 재선택하는 것인 집적 회로.
  52. 무선 통신 시스템에서 전력 소비를 최소화하도록 구성된 무선 송수신 유닛(WTRU)에 있어서,
    초기 송신 신호를 생성하는 신호 발생기(302)와;
    상기 신호 발생기(302)에 결합하여 초기 송신 신호의 카피를 제공하는 직병렬(S/P) 컨버터(304)와;
    상기 S/P 컨버터(304)에 결합하여 상기 초기 송신 신호의 카피에 가중치를 부여하는 곱셈기(308)와;
    상기 곱셈기(308)에 결합하여 안테나 가중치를 제공, 획득 및 조정하는 가중 처리 프로세서(306)와;
    상기 곱셈기(308)에 결합하는 복수 개의 송수신 안테나(310a, 310b, 310c, ... 310n)
    를 포함하는 무선 송수신 유닛.
  53. 제52항에 있어서, 상기 신호 발생기(302)는 통신 링크를 구축하기 위한 초기 송신 신호를 생성하고, 상기 초기 송신 신호는 상기 S/P 컨버터(304)에서 처리되며(이때, 이 처리된 초기 송신 신호에 대해서 상기 복수 개의 송수신 안테나(310a, 310b, 310c,...,310n)의 각각에 대응하도록 다수 개의 카피가 생성됨), 상기 가중 처리 프로세서(306)로부터 획득한 안테나 가중치는 상기 처리된 초기 송신 신호에 대한 다수 개의 카피의 각각에 적용되어 송신 신호를 생성하는 것인 무선 송수신 유닛.
  54. 제52항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서(306)에 결합하여 안테나 가중치를 기억하는 코드 기억 프로세서(312)를 더 포함하는 무선 송수신 유닛.
  55. 제54항에 있어서, 상기 기억된 안테나 가중치 중 적어도 일부는 사전 결정되는 것인 무선 송수신 유닛.
  56. 제54항에 있어서, 상기 기억된 안테나 가중치 중 적어도 일부는 이전에 이용된 안테나 가중치인 것인 무선 송수신 유닛.
  57. 제54항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서(306)는 상기 코드 기억 프로세서로부터 초기 안테나 가중치 세트를 획득할 수 있는 것인 무선 송수신 유닛.
  58. 제52항에 있어서, 안테나 가중치는 전체 송신 전력 조정값을 포함하는 것인 무선 송수신 유닛.
  59. 제52항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서(306)는 상기 복수 개의 송수신 안테나(310a, 310b, 310c,..., 310n)의 페이딩 상관 기법을 이용하여 최적의 안테나 가중치를 획득하도록 구성되는 것인 무선 송수신 유닛.
  60. 제52항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서(306)는 다중 입력 다중 출력(MIMO) 블라인드 비임 형성 알고리즘에 기초하여 최적의 안테나 가중치를 획득하도록 구성되는 것인 무선 송수신 유닛.
  61. 제54항에 있어서, 상기 가중 처리 프로세서(306)는 상기 코드 기억 프로세서(312)에 기억되어 있는 이전에 생성된 가중치로부터 초기 안테나 가중치를 선택하도록 구성되는 것인 무선 송수신 유닛.
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