KR20080078305A - 이동통신 시스템에서 역방향 전력제어를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 역방향 전력제어에 관한 것으로 이동통신 시스템에서 기지국의 상향링크 전력제어 방법에 있어서 단말이 전송한 신호를 수신하는 과정과 상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하는 과정과 상기 수신신호 품질표시 값을 특정 임계값과 비교하는 과정과 상기 비교 과정 후, 전력제어정보를 결정하는 과정과 상기 전력제어정보를 단말로 전송하는 과정을 포함하는 것으로 빠른 폐루프 전력제어에 있어서 짧은 수신신호 품질표시 값 측정 구간의 제한에도 불구하고 정확한 수신신호 품질표시 값의 측정이 가능하다. 또한 본 발명을 통한 정확한 수신신호 품질표시 값의 측정은 일반적인 환경 및 대부분의 페이딩 환경에서의 디코딩 성능 개선을 가져올 수 있다.

이동통신 시스템, 역방향 전력 제어, PCB, RSQI.

Description

이동통신 시스템에서 역방향 전력제어를 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REVERSE POWER CONTROL IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 일반적인 역방향 전력제어 과정을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 전력 제어를 위한 RSQI관리부의 블록 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 전력 제어 과정을 도시한 흐름도,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 장치의 블록 구성을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 전력 제어의 성능을 도시한 제 1 도면, 및,

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 전력 제어의 성능을 도시한 제 2 도면.

본 발명은 역방향 전력제어에 관한 것으로, 특히 이동 통신 시스템의 기지국에서 역방향 링크의 전력제어(Power Control)를 위하여 역방향 링크의 질(Quality)을 나타내는 수신신호품질표시(RSQI:Received Signal Quality Indicator, 이하 RSQI라 칭한다) 값 측정의 정확도를 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

CDMA 이동통신 시스템은 효율적인 운용과 안정된 성능 확보를 위하여 기지국에 수신되는 단말의 신호 레벨을 일정하게 유지하기 위한 전력제어를 수행한다.

상기 전력제어 방식에는 개 루프(open-loop) 전력제어와 폐 루프(closed-loop) 전력제어가 있고 일반적으로 개 루프 전력제어는 긴 주기 페이딩(Long-term-fading)에 대해서 성능이 좋은 반면, 폐 루프 전력제어는 상기 긴 주기 페이딩 보다 짧은 주기 페이딩(Short-term-fading)에 좀 더 좋은 성능을 나타낸다.

상기 폐 루프 전력제어는 단말이 전송한 신호의 질을 측정하고 이후, 송신전력을 제어하는 명령을 상기 단말로 전송하여 기지국에 수신되는 신호의 질을 일정하게 유지한다. 이러한 폐 루프 전력제어에서 상기 기지국은 단말로 전력제어비트(PCB:power control bit)를 전송하고 상기 단말은 상기 기지국으로부터 수신한 상기 전력제어비트에 따라서 특정한 dB 레벨로 전력을 증가하거나 감소한다.

실제로 도심지역에서는 역방향 전력 손실이 30~40dB 정도 급격히 변하는 새도잉 온/오프(Shadowing on/off) 현상이 자주 발생한다. 이러한 새도잉 온/오프 현상이 자주 발생하는 원인은 역방향 경로 중에 빌딩과 같은 장애물의 유/무에 따라서 LOS(line-of-signt) 성분의 변화가 크기 때문이다. 즉, 역방향 경로 중에서 장 애물의 존재/비존재 여부에 따른 변화가 크기 때문이다.

표준 규격에서는 이러한 급격한 전력 손실에 따른 변화에 대응하기 위하여 폐 루프 전력제어를 짧은 주기로 실시하는 빠른 전력 제어(fast power control) 기술을 적용하고 있다.

예를 들어, CDMA 2000 1x EV-DO Rel.0 표준에서는 150Hz 주기로 폐 루프 전력제어를 수행하였지만 이후의 개선된 표준 규격인 CDMA 2000 1x EV-DO Rev.A 표준에서는 600Hz 주기의 폐 루프 전력 제어를 수행한다. 빠른 폐 루프 전력 제어 (fast closed-loop power control)를 수행하면 도심지에서 빈번하게 발생하는 새도잉 온/오프 환경과 같이 급격한 전력 손실 변화가 발생하는 환경에서 안정적인 성능을 유지할 수 있다.

하지만, 상기 빠른 폐 루프 전력 제어는 짧은 주기 동안에 역방향 링크의 질(quality)을 측정하므로 역방향 링크의 질의 측정 정확도가 낮아진다.

도 1은 일반적인 역방향 전력제어 과정을 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 150Hz의 폐 루프 전력 제어 시에는 6.67msec 동안 역방향 링크의 질을 측정한 후 전력 제어 명령 비트를 생성하지만 600Hz 폐 루프 전력 제어 시에는 1.67msec 동안에 역방향 링크의 질을 측정한다(140 단계). 따라서, 빠른 폐 루프 전력 제어 사용시, 역방향 링크의 질을 측정할 때에 생기는 오류로 인하여 부정확한 전력제어가 이루어질 수 있으며 이러한 영향은 기지국으로 수신되는 역방향 신호의 강도가 안정적이고 않고 변화가 심한 현상으로 나타나게 된다.

하지만, 역방향 링크의 질 측정의 정확도를 올리기 위해서 역방향 링크의 질을 측정하는 시간을 증가시키면 이미 이전 전력제어 명령에 의하여 전력 레벨이 변한 신호를 포함하게 되므로 역방향 링크의 질을 측정하는 RSQI 값이 왜곡되는 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 이동통신 시스템에서 역방향 전력제어를 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 이동 통신 시스템의 기지국에서 역방향 링크의 전력제어(power control)를 위하여 측정하는 역방향 링크의 질(quality)를 나타내는 RSQI(Received Signal Quality Indicator) 값 측정의 정확도를 개선함으로서 효율적인 기지국 운영과 향상된 디코딩 성능을 얻기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적은 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 기지국의 상향링크 전력제어 방법에 있어서 단말이 전송한 신호를 수신하는 과정과 상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하는 과정과 상기 수신신호 품질표시 값을 특정 임계값과 비교하는 과정과 상기 비교 과정 후, 전력제어정보를 결정하는 과정과 상기 전력제어정보를 단말로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적은 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 이동통신 시스템 에서 상향링크 전력을 제어하는 기지국에 있어서 다른 노드와 통신하기 위한 통신 모듈과 상기 통신 모듈을 통해 단말이 전송한 신호를 수신하고, 상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하고 특정 임계값과 비교하여 전력제어정보를 결정하고, 상기 전력제어정보를 단말로 전송하는 제어부와 상기 수신신호 품질표시 값 및 상기 제어부의 데이터를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적은 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 이동통신 시스템에서 상향링크 전력을 제어하는 시스템에 있어서 지시받은 크기로 신호를 전송하는 단말과 상기 통신 모듈을 통해 단말이 전송한 신호를 수신하고, 상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하고 특정 임계값과 비교하여 전력제어정보를 결정하고, 상기 전력제어정보를 단말로 전송하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명은 이동통신 시스템에서 역방향 전력제어를 위한 장치 및 방법에 대해 설명할 것이다. 본 발명은 역방향 링크의 질을 나타내는 RSQI의 측정 시 정확도를 확보하기 위한 것이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 전력 제어를 위한 RSQI관리부의 블록 구성을 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 RSQI관리부는 1-tap IIR 필터부 및 이득 선택부(230) 및 전력조절정보 생성부(이하, PCB생성부라 칭한다.)(240)를 포함한다.

본 발명에서의 RSQI 측정값 RSQI(i) 생성 방법은 하기 <수학식 1>과 같다.

여기서, RSQI(i)는 i번째 한 번의 전력제어 주기 동안에 측정된 RSQI 값이고, α(210)는 1-tap IIR 필터의 학습률(learning factor)이다. β(220)는 전력 제어량을 나타내고 하기 <수학식 2>를 이용하여 정해진다.

여기서, 상기 학습률은 테스트 또는 모의 실험 또는 수학적 계산에 의해 구해질 수 있다.

여기서,

는 미리 정해져 있는 한 번의 폐 루프 전력제어 양이며 단위는 [dB]이고, 이득 선택부(230)에서 상기

값을 계산한다. 그리고 PCB(Power Control Bit)(i-1)는 이전의 전력제어정보이다.

상기 <수학식 1>을 이용하여 RSQI(i) 값이 구해지면, PCB 생성부(240)는 상기 RSQI(i)값을 특정 임계값과 비교한 후, PCB(i) 값을 생성한다. 일 예로, 상기 RSQI(i)값이 상기 특정 임계값보다 클 경우, 전력 감소를 지시하는 PCB 값을 생성한다. 또는 상기 RSQI(i)값이 상기 특정 임계값보다 작을 경우, 전력 증가를 지시하는 PCB 값을 생성할 수 있다. 이후, 상기 PCB(i) 값을 단말로 전송한다.

본 발명에서의 i-1 번째 측정된 RSQI 값을 왜곡 없이 i 번째 측정값에 적용하는 방법은 기지국에서 i-1번째 RSQI 측정을 통해 생성된 i-1 번째 전력제어 비트를 i번째 RSQI 측정에 이용하는 것이다. 즉, i-1 번째 시간에 이미 단말로 전송되어 전력제어에 사용된 i-1번째 PCB 정보를 이용하여 i번째 시간에 적용된 전력제어량(β(i-1))만큼의 이득을 보상하여 IIR 필터링에 적용하는 것이다.

예를 들어, i-1번째 생성된 PCB가 전력 감소(power down)를 지시하고 있고 한 번에 제어되는 전력량이 1 dB라면 i 번째 측정된 순시 RSQI 값이 i-1 번째 측정된 순시 RSQI 값보다 1 dB 더 작은 값이라는 것을 기대할 수 있다.

따라서, i-1 번째 RSQI 값을 i 번째 RSQI 값 측정시 이용하려면, i-1 번째 RSQI 값에 -1 dB의 이득을 주어 이용하는 것이다. 여기에서 사용되는 i-1 번째 PCB 정보는 기지국에서 생성하여 단말로 전송하는 정보이므로 기지국에서 이미 알고 있 는 정보이다. 그리고, 기지국에서 생성된 PCB 정보는 순방향 링크를 통하여 단말로 전송되는데, 순방향 링크에도 역시 오류가 존재하므로 상기 학습률(learning factor) α(210)의 결정에 있어 순 방향으로 전송되는 PCB 전송 에러율(error rate)을 같이 고려하여야 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 전력 제어 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면, 기지국은 현재의 RSQI를 측정하고(310 단계). 이전 주기의 전력제어비트를 이용하여 이번 주기의 RSQI를 IIR 필터링한다(320 단계).

이후, 이 값을 RSQI 임계값과 비교하여(330 단계) 현재 주기의 전력제어비트를 결정한다(340단계). 이후, 이 값을 단말로 전송한다(350 단계).

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 장치의 블록 구성을 도시한 도면이다. 상기 네트워크 장치는 기지국을 나타낸다.

상기 도 4를 참조하면, 통신 모듈(410)은 다른 노드와 통신하기 위한 모듈로서 유선 처리 모듈, 무선 처리 모듈 및 기저대역 처리모듈 등을 포함하여 구성된다. 상기 무선 처리모듈은 안테나를 통해 수신되는 신호를 기저대역 신호로 변경하여 상기 기저대역 모듈로 제공하고 상기 기저대역 모듈로부터의 기저대역신호를 실제 에어(air) 상에서 전송할 수 있도록 RF신호로 변경하여 상기 안테나를 통해 송신한다. 그리고, 유선 처리 모듈은 유선 경로를 통해 수신한 신호를 기저대역 신호 로 변경하여 상기 기저대역 모듈로 제공하고 상기 기저대역 모듈로부터의 기저대역 신호를 실제 유선상으로 전송할 수 있도록 해당 유선신호로 변경하여 연결된 유선 경로를 통해 전송한다.

제어부(420)는 상기 장치의 기본적인 처리 및 제어를 수행한다. 예를 들어, 음성 통신 및 데이터 통신을 위한 처리 및 제어를 수행하고 통상적인 기능에 더하여 본 발명에 따라 수신신호품질표시 관리부(RSQI관리부)(440)를 제어하여 RSQI 값 측정의 정확도를 높이게 한다.

상기 저장부(430)는 상기 장치의 전반적인 동작을 제어하기 위한 프로그램 및 프로그램 수행 중 발생하는 일시적인 데이터를 저장한다.

상기 수신신호품질표시 관리부(440)는 상기 제어부(420)의 지시와 제공 정보에 의해 본 발명의 IIR 필터링을 이용하여 RSQI 측정시 정확도를 높이고 이에 해당하는 전력 제어비트를 생성하여 단말로 전송한다.

상술한 블록 구성에서, 상기 제어부(420)는 상기 수신신호품질표시 관리부(440)의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명에서 이를 별도로 구성하여 도시한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서 실제로 제품을 구현하는 경우에 상기 수신신호품질표시 관리부(440)의 기능 모두를 상기 제어부(420)에서 처리하도록 구성할 수도 있으며, 상기 기능 중 일부만을 상기 제어부(420)에서 처리하도록 구성할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 전력 제어의 성능을 도시한 제 1 도면이다.

상기 도 5를 참조하면, 본 발명의 기술을 CDMA 2000 1x EV-DO Rev.A 시스템에 적용하였을 경우, 순 방향으로 전송되는 전력제어 정보인 전력제어비트(PCB)의 에러율(error rate)에 따른 1% PER을 유지하는 운영 SNR(operating SNR)을 도시한 것이다.

본 발명에서의 학습률 α를 0.5 이하로 설정할 경우, 기존 방법에 비하여 안정적인 성능 개선 효과를 보장할 수 있는 것을 알 수 있다.

일반적으로 순 방향 링크로 전송되는 전력제어 정보의 에러 율(error rate)은 4% 정도로 설계되어 있으므로 "100km/h. 3path fading" 환경에 0.15~0.2[dB] 정도의 성능 개선 효과가 있는 것을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 전력 제어의 성능을 도시한 제 2 도면이다.

상기 도 6을 참조하면, CDMA 2000 1x EV-DO Rev.A 시스템의 페이딩 채널 환경에 본 발명의 기술을 적용하였을 경우, 대부분의 페이딩 채널에서 0.15~0.2[dB]의 성능 개선 효과가 있는 것을 확인할 수 있다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

본 발명은 빠른 폐루프 전력제어에 있어서 짧은 RSQI 측정 구간의 제한에도 불구하고 정확한 RSQI 값의 측정이 가능하다. 또한 본 발명을 통한 정확한 RSQI 값의 측정은 일반적인 환경 및 대부분의 페이딩 환경에서의 디코딩 성능 개선을 가져올 수 있다.

Claims (8)

1. 이동통신 시스템에서 기지국의 상향링크 전력제어 방법에 있어서,

   단말이 전송한 신호를 수신하는 과정과,

   상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하는 과정과,

   상기 수신신호 품질표시 값을 특정 임계값과 비교하는 과정과,

   상기 비교 과정 후, 전력제어정보를 결정하는 과정과,

   상기 전력제어정보를 단말로 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하는 과정은 하기 <수학식 3>을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.

   

   여기서, RSQI(i)는 i번째 한 번의 전력제어 주기 동안에 측정된 RSQI 값이고, RSQI(i-1)는 i-1번째 한 번의 전력제어 주기 동안에 측정된 RSQI 값이다. α는 1-tap IIR 필터의 학습률(learning factor)이다. β는 전력 제어량을 나타내고 하기 <수학식 4>를 통해 정해진다.

   

   여기서,

   

   는 미리 정해져 있는 한 번의 폐 루프 전력제어 양이며 단위는 [dB]이다. 그리고 PCB(Power Control Bit)(i-1)는 이전의 전력제어정보이다.
3. 이동통신 시스템에서 상향링크 전력을 제어하는 기지국에 있어서,

   다른 노드와 통신하기 위한 통신 모듈과,

   상기 통신 모듈을 통해 단말이 전송한 신호를 수신하고, 상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하고 특정 임계값과 비교하여 전력제어정보를 결정하고, 상기 전력제어정보를 단말로 전송하는 제어부와,

   상기 수신신호 품질표시 값 및 상기 제어부의 데이터를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제어부는 하기 <수학식 5>를 이용하여 상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 기지국.

   

   여기서, RSQI(i)는 i번째 한 번의 전력제어 주기 동안에 측정된 RSQI 값이고, RSQI(i-1)는 i-1번째 한 번의 전력제어 주기 동안에 측정된 RSQI 값이다. α는 1-tap IIR 필터의 학습률(learning factor)이다. β는 전력 제어량을 나타내고 하기 <수학식 6>를 통해 정해진다.

   

   여기서,

   

   는 미리 정해져 있는 한 번의 폐 루프 전력제어 양이며 단위는 [dB]이다. 그리고 PCB(Power Control Bit)(i-1)는 이전의 전력제어정보이다.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 제어부는 상기

   

   를 계산하는 이득 선택부 및 상기 전력제어정보를 결정하는 전력제어정보 생성부 및 상기 수신신호 품질표시 값을 계산하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
6. 이동통신 시스템에서 상향링크 전력을 제어하는 시스템에 있어서,

   지시받은 크기로 신호를 전송하는 단말과,

   상기 통신 모듈을 통해 단말이 전송한 신호를 수신하고, 상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하고 특정 임계값과 비교하여 전력제어정보를 결정하고, 상기 전력제어정보를 단말로 전송하는 기지국을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제어부는 하기 <수학식 7>를 이용하여 상기 신호와 이전 전력제어정보를 이용하여 수신신호 품질표시 값을 계산하는 것을 특징으로 하는 시스템.

   

   여기서, RSQI(i)는 i번째 한 번의 전력제어 주기 동안에 측정된 RSQI 값이고, RSQI(i-1)는 i-1번째 한 번의 전력제어 주기 동안에 측정된 RSQI 값이다. α는 1-tap IIR 필터의 학습률(learning factor)이다. β는 전력 제어량을 나타내고 하 기 <수학식 8>를 통해 정해진다.

   

   여기서,

   

   는 미리 정해져 있는 한 번의 폐 루프 전력제어 양이며 단위는 [dB]이다. 그리고 PCB(Power Control Bit)(i-1)는 이전의 전력제어정보이다.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 기지국은 상기

   

   를 계산하는 이득 선택부 및 상기 전력제어정보를 결정하는 전력제어정보 생성부 및 상기 수신신호 품질표시 값을 계산하는 필터부를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.

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