KR20090088086A - 분산 안테나 시스템에서 전력제어 장치 및 방법 - Google Patents

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장정렬
조재희
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Abstract

본 발명은 분산 안테나 시스템에서 전력제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 분산 안테나 시스템에서 단말의 동작 방법은, 초기 접속 시, 기지국의 DAS모드 지원 여부를 판단하는 과정과, 상기 DAS 모드 지원 시, 시그널링 교섭을 통해 DAS 모드로 전환하는 과정과, 상기 DAS모드로 전환 후, 기지국으로부터 전력제어모드 변경 메시지를 수신하는 과정과, 상기 전력제어모드 변경 메시지에 따라 개루프 전력제어모드로 변경하는 과정을 포함한다.
분산 안테나 시스템, 전력제어, 개루프 전력제어, 안테나 선택

Description

분산 안테나 시스템에서 전력제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR POWER CONTROL IN DISTRIBUTED ANTENNA SYSTEM}
본 발명은 분산 안테나 시스템에서 전력제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 상향링크 개루프 전력 제어를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선통신시스템의 시스템 용량은 셀간 간섭 크기에 좌우되는데, 최근 몇 년간 이러한 셀간 간섭을 줄이기 위한 여러 가지 방법이 모색되고 있다. 이 중, 셀간 간섭을 유발하는 가장 근본적인 원인인 기지국 출력을 감소하기 위해서 분산 안테나 시스템(DAS : Distributed Antenna System)이 제안되었다. 상기 분산 안테나 시스템은 동일한 서비스 영역을 커버하기 위해 종래의 매크로 셀(macro cell) 대비 소출력 앰프(Amplifier)의 사용이 가능하므로 인접 셀간 간섭을 줄일 수 있다.
기존에 상기 분산 안테나 시스템과 유사한 형태의 릴레이 시스템이 있는데, 상기 릴레이 시스템은 음영 지역에 중계기(Relay 또는 repeater)가 설치된다. 상기 릴레이 시스템의 중계기는 셀 중앙의 기지국 신호를 유선 또는 무선으로 수신하고, 동일한 신호를 증폭함으로써 음영 지역을 커버한다. 즉, 상기 릴레이 시스템은 셀 중앙에 큰 출력을 갖는 기지국이 존재하고, 음영 지역에 소출력 중계기가 설치된다.
이에 반하여, 근래의 분산 안테나 시스템은 셀 영역에 다수의 안테나 노드(AN : Antenna Node)들이 분산되어 설치되고, 각 안테나 노드는 중앙의 기지국과 유선 또는 무선으로 연결된다. 초기 릴레이 시스템과 가장 큰 차이점은 분산 안테나 시스템의 경우 안테나 노드들이 서로 다른 신호를 동시에 전송할 수 있다는 것이다. 이런 측면에서, 상기 분산 안테나 시스템은 넓은 의미에서 MIMO 시스템으로 생각될 수 있으며, 차이점은 각 안테나가 공간적으로 분리된 위치에 존재한다는 것이다. 따라서, 많은 연구가 진행된 MIMO 기술을 그대로 분산 안테나 시스템에 적용할 수 있다.
도 1은 종래의 매크로 셀과 분산 안테나 시스템을 비교한 도면이다.
(a)에 도시된 바와 같이, 전통의 매크로 셀은 셀 중앙에 기지국이 하나 존재하며, 상기 기지국은 셀 경계(cell edge)까지 신호가 도달될 수 있도록 대출력을 사용한다. 반면, 분산 안테나 시스템은, (b) 에 도시된 바와 같이, 셀 영역에 다수의 안테나 노드들이 분산되어 설치되며, 따라서 중앙 기지국은 안테나 노드까지만 신호를 전송하고, 안테나 노드에서 동일 신호를 단말로 전송한다. 즉, 분산 안테나 시스템은 상기 매크로 셀과 비교했을 때, 중앙 기지국이 보다 적은 출력으로 서비스를 제공할 수 있는 이점이 있다.
상기 분산 안테나 시스템은 공간적으로 분리된 많은 안테나 노드들이 셀 내 에 산재해 있기 때문에, 셀 내 임의의 단말이 전송하는 신호를 수신하기 위해서는 전체 안테나 노드들 중 2∼3개 정도의 안테나 노드들만 사용하면 충분하다.
도 2는 분산 안테나 시스템에서 사용된 안테나 노드 수에 따른 시스템 용량 변화를 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 7개의 안테나 노드들이 존재하는 분산 안테나 시스템에서 2개의 안테나 노드만 잘 선택하면 시스템의 용량 손실이 거의 없음을 보여준다.
이러한 특성을 활용하기 위해, 기지국은 각 단말에 대해 설정개수(NS)만큼의 안테나 노드들을 선택하고, 단말에게 상기 선택된 안테나 노드들을 알려줘야 한다. 이런 경우 기지국은 설정개수(NS)만큼의 수신신호들만 처리하면 되므로, 기지국 모뎀(Main BS Modem)의 수신기 복잡도를 현저히 줄일 수 있다.
위와 같이 설정개수만큼의 수신신호들을 처리하는 수신기 구조에서, 종래 매크로 셀 기반(예 : IEEE 802.16 기반)의 개루프 전력제어(OLPC : Open loop Power Control) 기법을 그대로 적용할 경우 다음과 같은 문제가 발생한다.
상기 매크로 셀 기반의 규격(예 : IEEE802.16)에서는 상향링크 OLPC를 위해 송신 EIRP(Efficient Isotropic Radiation Power)를 하향링크 브로드캐스트 메시지(예 : DCD(Downlink Channel Descriptor)를 통해 전송한다. 그리고 단말은 상기 EIRP를 이용해서 기지국과 단말간 경로손실을 추정하고, 이를 OLPC에 이용한다.
이와 같이, 기지국은 송신전력을 나타내는 EIRP를 브로드캐스팅하게 되는데, 분산 안테나 시스템의 경우 단말이 경로 손실을 계산하기 위해서는 기지국의 총 송 신 전력이 아닌 각 안테나 노드의 송신전력이 필요하다. 따라서, 기존의 OLPC를 분산 안테나 시스템에 그대로 적용하면, 전력제어를 할 수 없는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 분산 안테나 시스템에서 상향링크 전력제어 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 분산 안테나 시스템에서 상향링크 개루프 전력제어 시 DAS모드를 위해 선택된 안테나 노드의 EIRP값과 상기 선택된 안테나 노드의 수신세기를 이용해서 경로손실을 계산하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 분산 안테나 시스템에서 안테나 노드들 각각에 대한 송신전력 값을 브로드캐스팅하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 분산 안테나 시스템에서 DAS모드로 전환한후 개루프 전력제어모드로 전환하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 분산 안테나 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서, 초기 접속 시, 기지국의 DAS모드 지원 여부를 판단하는 과정과, 상기 DAS 모드 지원 시, 시그널링 교섭을 통해 DAS 모드로 전환하는 과정과, 상기 DAS모드로 전환 후, 기지국으로부터 전력제어모드 변경 메시지를 수신하는 과정과, 상기 전력제어모드 변경 메시지에 따라 개루프 전력제어모드로 변경하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 견지에 따르면, 적어도 하나의 분산 안테나 노드를 포함하는 기지국의 동작 방법에 있어서, DAS모드의 지원여부 및 DAS모드로 동작될 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 포함하는 메시지를 브로드캐스팅하는 과정과, 상기 DAS모드의 지원하는 경우, 각 안테나 노드의 유효 송신전력 값 및 총 유효 송신전력값을 포함하는 메시지를 브로드캐스팅하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 분산 안테나 시스템에서 단말 장치에 있어서, 기지국으로부터 수신되는 메시지를 처리하는 수신부와, 상기 기지국으로 송신되는 메시지를 처리하는 송신부와, 초기 접속시, 기지국으로부터 수신되는 메시지를 해석하여 DAS모드 지원 여부를 판단하며, 상기 DAS 모드 지원 시 시그널링 교섭을 통해 DAS 모드로 전환하고, 상기 DAS모드로 전환 후 기지국으로부터 전력제어모드 변경 메시지 수신시 개루프 전력제어모드로 변경하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 기지국 장치에 있어서, DAS모드의 지원여부 및 DAS모드로 동작될 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 포함하는 메시지 및 상기 DAS모드의 지원하는 경우 각 안테나 노드의 유효 송신전력 값 및 총 유효 송신전력값을 포함하는 메시지를 생성하는 처리부와, 상기 처리부로부터의 송신 메시지를 기저대역 처리하는 모뎀과, 상기 모뎀으로부터의 신호를 RF처리하여 송신하는 적어도 하나의 분산 안테나 노드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 정확한 상향링크 전력제어를 통해 단말의 소모 전력을 감소시키는 이점이 있다. 또한, 인접 셀 간섭이 감소되므로 셀 용량을 증대시키는 이점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명은 분산 안테나 시스템(DAS : Distributed Antenna System)에서 상향링크 전력 제어를 위한 방안을 설명하기로 한다. 여기서, 상기 분산 안테나 시스템은 기저대역 디지털 처리를 수행하는 중앙의 기지국과 상기 기지국으로부터의 디지털 데이터를 RF(Radio Frequency)처리하여 송신하는 다수의 안테나 노드들로 구성된 시스템을 나타낸다. 상기 기지국과 안테나 노드는 무선 혹은 유선으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 안테나 노드들은 서로 다른 신호를 동시에 전송할 수 있 다.
이하, OFDM/OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiplexing/Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 기반의 광대역 무선통신 시스템을 예로 들어 설명하며, 본 발명과 유사하게 상향링크 전력제어를 수행하는 다른 시스템에도 용이하게 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템의 프레임 구조를 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 전체 프레임은 크게 하향링크(DL : Downlink) 구간과 상향링크(UL : Uplink) 구간으로 구분된다. 그리고 상기 하향링크 구간은 다시 공통 영역(common region)과 DAS 영역(DAS region)으로 분리된다. 상기 공통 영역의 경우, 모든 안테나 노드들은 동일한 신호를 전송하고, DAS 영역의 경우 모든 안테나 노드들이 동일한 신호를 전송할 수도 있고 서로 다른 신호를 전송할 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 공통영역은 프리앰블(preamble), FCH(Frame Control Header), MAP(DL-MAP/UL-MAP) 및 하향링크 데이터 버스트들로 구성된다. 상기 프리앰블은 단말의 초기 동기 획득, 채널정보 획득 및 셀 탐색 등에 이용되고, 상기 FCH는 프레임의 기본 구성에 대한 정보를 포함하며, DL-MAP는 공통영역을 통해 전송되는 하향링크 데이터 버스트에 대한 정보(위치, 크기, 변조수준 등)들을 포함하고, UL-MAP은 상향링크 프레임의 구조를 나타내는 정보들을 포함한다. 또한, MAP은 DAS 서브 맵(DAS Sub MAP)의 위치를 알려주는 포인터 정보(DAS Sub MAP Pointer)를 포함한다. 상기 포인터 정보를 이와 같이 공통영역의 MAP을 통해 전송할 수도 있고, 별도의 제어메시지(MAC management)를 통해 전송할 수도 있다.
또한, DAS 영역은 DAS 미드앰블(DAS Midamble), DAS 서브 맵 및 DAS 버스트들로 구성된다. 상기 미드앰블은 DAS 단말의 동기 획득, 채널 정보 획득 및 안테나 노드 식별 등에 이용된다. 즉, 각 안테나 노드는 미드앰블을 통해 서로 직교되는 이리 알려진 신호를 전송한다. 즉 단말은 상기 미드앰블을 통해 각 안테나 노드의 경로손실을 포함한 채널정보를 획득할 수 있다. DAS 서브맵은 DAS 버스트에 대한 정보(위치, 크기, 변조수준 등)들을 포함한다.
그리고 상향링크 구간은 크게 제어(control) 영역과 상향링크 데이터 버스트 영역으로 구성된다. 상기 제어 영역은 레인징(Ranging) 영역, CQICH(Channel Quality Indicator CHannel) 영역, ACKCH(Acknowledgement CHannel) 영역 및 사운딩(sounding) 영역 등으로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 DAS_OLPC 모드로 전환하기 위한 절차를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 먼저 단말은 401단계에서 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하여 동기를 획득하고, FCH메시지를 수신하여 프레임의 기본 구성정보를 획득하며, MAP메시지를 수신하여 버스트 할당 상태를 획득한다. 이후, 상기 단말은 403계에서 MAP메시지 디코딩 결과로부터 DCD메시지 및 UCD메시지의 영역를 파악하고, 해당 영역에서 DCD메시지와 UCD메시지를 수신한다. 이와 같이, DCD메시지와 UCD메시지를 수신함으로써, 통신에 필요한 물리계층 파라미터를 획득할 수 있다. 또한, 상기 단말은 초기 레인징(initial ranging) 관련 파라미터들을 획득할 수 있다.
이후, 단말은 405단계에서 기지국과 네트워크 진입(network entry) 절차를 수행한다. 여기서, 상기 네트워크 진입 절차는, 레인징(Ranging) 절차, 기본능력(basic Capability) 협상 절차, 등록(Registration) 절차, PKM협상 절차, DSA(Dynamic Service Addition) 절차 등을 포함할 수 있다.
한편, 상기 단말은 상기와 같은 절차를 통해 상기 기지국의 DAS모드 지원 여부를 확인할 수 있다. 기지국은 브로드캐스트 메시지(예 : DCD 메시지)를 통해 DAS모드의 지원여부 및 DAS모드로 동작할 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 단말로 브로드캐스팅한다.
상기 기지국이 상기 DAS모드를 지원하는 경우, 상기 단말은 407단계에서 DAS 미드앰블을 이용해서 각 안테나노드의 신호세기(CINR 또는 SINR)를 측정한다. 그리고, 상기 단말은 409단계에서 상기 측정된 신호세기들 중 가장 큰 순서로 Ns개의 안테나 노드들을 선택하고, 상기 선택된 안테나 노드들의 CINR들을 결합한다. 그리고 상기 단말은 상기 선택된 안테나 노드들의 인덱스들과 해당 결합 CINR값을 포함하는 안테나 선택 보고(Antenna Selection Report)메시지를 상기 기지국으로 전송한다. 상기 안테나 선택 보고 메시지의 일 예는 하기 표 1과 같다.
AS_Rpt Msg { 단말 CID : 0x00000001 보고하는 안테나노드 수,Ns : 2 안테나노드 인덱스 :0,1 결합 CINR : 18dB }
그러면, 상기 기지국은 411단계에서 상기 단말의 모드를 DAS모드로 전환하고, 상기 안테나 선택 보고 메시지에 응답하는 안테나 선택 응답(Antenna Selection Response)메시지를 상기 단말로 전송한다. 그리고 상기 안테나 선택 응답 메시지를 수신한 단말은 DAS모드로 전환한다. 이때, 상기 안테나 선택 응답 메시지는 확인된 안테나 노드의 인덱스를 포함할 수 있다. 상기 안테나 선택 응답 메시지의 일 예는 하기 표 2와 같다.
AS_Rsp Msg { 단말 CID : 0x00000001 보고하는 안테나노드 수,Ns : 2 안테나노드 인덱스 :0,1 }
한편, 상기 기지국은 413단계에서 상기 단말로 DAS_PC_Rsp 메시지를 전송함으로써 개루프 전력제어로의 모드 전환을 요청한다. 그러면, 상기 단말은 415단계에서 전력제어모드를 개루프 전력제어로 전환한다. 이때, 상기 단말은 상기 기지국으로 상기 DAS_PC_Rsp 메시지에 대한 응답메시지를 기지국으로 전송할 수 있고, 상기 기지국은 상기 응답메시지에 대한 확인(confirm)메시지를 상기 단말로 전송할 수 있다.
한편, DAS OLPC모드는 기지국에 의해 해제될 수 있다. 또한, 단말은 DAS OLPC 모드의 해제를 기지국으로 요청할 수 있다. 상기 DAS_OLPC 모드를 해제하는 경우, 기지국은 417단계에서 PMC_Rsp메시지를 단말로 전송함으로써 DAS OLPC 모드를 해제한다.
예를 들어, 상기 단말은 개루프 전력제어에 따른 송신전력(P)을 다음 <수학식 1>과 같이 계산한다.
Figure 112008011074421-PAT00001
여기서, CINR은 상향링크 버스트의 MCS수준이 요구하는 수신 CINR값이고, NI는 기지국에서 측정한 반송파당 평균 간섭 및 잡음 전력(dBm)의 추정치이며, Offset은 기지국 또는/및 단말에 의해 제어되는 전력보상값이다. 상기 CINR, NI 및 Offset은 이미 알고 있는 값이며, 단말은 경로손실을 다음 수학식 2와 같이 계산한다.
Figure 112008011074421-PAT00002
DAS모드로 동작하는 경우, 다시 말해 기지국이 단말의 상향링크 신호를 특정 Ns개의 안테나노드를 이용하여 수신하는 경우, 단말은 하기 수학식 3과 같이 경로손실을 계산한다.
Figure 112008011074421-PAT00003
상기 수학식 3에 나타낸 바와 같이, DAS모드로 동작하는 단말은 상향링크 신호를 실제로 수신하는 Ns개의 안테나 노드들의 EIRP들을 가산하고, 상기 Ns개의 안테나 노드들 각각에 대한 수신세기(RSSI)를 측정하여 가산하며, 상기 EIRP 가산값에서 상기 RSSI 가산값을 감산하여 경로손실을 계산한다. 즉, 상기 Ns개의 안테나 노드들에 대한 EIRP와 수신세기를 이용해서 경로손실을 계산한다. 따라서, 기지국은 하향링크 브로드캐스트 메시지를 통해 각 안테나 노드의 EIRP와 총 EIRP를 전송해야 한다. 만약, 모든 안테나 노드들이 동일한 전력을 사용할 경우 총 EIRP와 안테나 노드들이 동일한 전력을 사용함을 나타내는 지시자(indicator)를 전송할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 실시시예에 따른 단말의 동작 절차를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 먼저 단말은 501단계에서 기지국으로부터의 프리앰블 신호를 수신하여 동기를 획득하고, FCH메시지를 수신하여 프레임의 기본 구성정보를 획득하며, MAP메시지를 수신하여 버스트 할당 상태를 획득한다. 이후, 상기 단말은 503계에서 MAP메시지 디코딩 결과로부터 DCD메시지 및 UCD메시지의 영역을 파악하고, 해당 영역에서 DCD메시지와 UCD메시지를 수신한다. 이와 같이, DCD메시지와 UCD메시지를 수신함으로써, 통신에 필요한 물리계층 파라미터를 획득할 수 있다. 또한, 상기 단말은 초기 레인징(initial ranging) 관련 파라미터들을 획득할 수 있다.
이후, 단말은 505단계에서 기지국과 네트워크 진입(network entry) 절차를 수행한다. 여기서, 상기 네트워크 진입 절차는, 레인징(Ranging) 절차, 기본능력(basic Capability) 협상 절차, 등록(Registration) 절차, PKM협상 절차, DSA(Dynamic Service Addition) 절차 등을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 단말은 507단계에서 상기 기지국이 DAS모드를 지원하는지 확인한다. 기지국은 브로드캐스트 메시지(예 : DCD 메시지)를 통해 DAS모드의 지원여부 및 DAS모드로 동작할 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 단말로 브로드캐스팅한다.
상기 기지국이 상기 DAS모드를 지원하는 경우, 상기 단말은 509단계에서 DAS 미드앰블을 이용해서 각 안테나노드의 신호세기(CINR 또는 SINR)를 측정한다. 그리고, 상기 단말은 511단계에서 상기 측정된 신호세기들 중 가장 큰 순서로 Ns개의 안테나 노드들을 선택하고, 상기 선택된 안테나 노드들의 CINR들을 결합한다. 그리고 상기 단말은 513단계에서 상기 선택된 안테나 노드들의 인덱스들과 해당 결합 CINR값을 포함하는 안테나 선택 보고(Antenna Selection Report)메시지를 상기 기지국으로 전송한다. 상기 안테나 선택 보고 메시지의 일 예는 상기 <표 1>과 같다.
이후, 상기 단말은 515단계에서 상기 안테나 선택 보고 메시지에 대응하는 안테나 선택 응답 메시지가 수신되는지 검사한다. 상기 안테나 선택 응답 메시지의 일 예는 상기 표 2와 같다. 상기 안테나 선택 응답 메시지가 수신될 경우, 상기 단말은 517단계에서 통신 모드를 DAS모드로 전환한다. 그리고 상기 안테나 선택 응답 메시지내 설정된 안테나 노드들을 이용해서 통신을 수행한다.
그리고 상기 단말은 519단계에서 상기 기지국으로부터 개루프 전력제어모드 로의 변경을 요청하는 전력제어모드 변경 메시지(예 : DAS_PC_Rsp 메시지)가 수신되는지 검사한다. 상기 전력제어모드 변경 메시지가 수신될 경우, 상기 단말은 521단계에서 전력제어모드를 DAS_OLPC 모드로 변경한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 DAS_OLPC 모드 수행 절차를 도시하고 있다.
도 6을 참조하면, 먼저 단말은 601단계에서 개루프 전력제어 모드로 전환되는지 검사한다. 여기서, 상기 개루프 전력제어모드는 기지국에 의해 전환될 수 있다. 상기 개루프 전력제어 모드로 전환된 경우, 상기 단말은 603단계에서 현재 통신모드가 DAS모드인지를 판단한다.
상기 DAS 모드일 경우, 상기 단말은 603단계에서 브로드캐스트 메시지를 통해 각 안테나 노드의 EIRP와 총 EIRP를 획득한다. 그리고 상기 단말은 상향링크 신호를 수신하는 Ns개의 안테나 노드들의 EIRP와 상기 Ns개의 안테나 노드들의 수신세기(RSSI)를 이용해서 경로손실(PL : path loss)을 계산한다. 여기서, 상기 경로손실은 상기 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.
이후, 상기 단말은 607단계에서 상기 계산된 경로손실 및 이미 알고 있는 CINR, NI, Offset 값을 이용해서 개루프 전력제어모드에 따른 송신전력(P)을 계산한다. 여기서, 상기 송신전력은 상기 수학식 1과 같이 계산될 수 있다. 그리고, 상기 단말은 609단계에서 상기 계산된 송신전력에 따라 상향링크 전력제어를 수행한다. 여기서, 상기 송신전력(P)은 소정 주기로 혹은 연속적으로 계산될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, 분산 안테나 시스템은 크게 중앙의 기지국(10)과 공간적으로 분리된 다수의 안테나 노드들(20-1 내지 20_M)을 포함한다. 그리고 상기 기지국(10)은 크게 수신모뎀(40), 송신모뎀(50) 및 MAC처리부(60)를 포함하여 구성된다.
도 7을 참조하면, 먼저 MAC처리부(60)는 상위계층(예 : IP계층)으로부터 송신 데이터를 수신하고, 상기 송신 데이터를 소정 규격의 패킷(예 : MAC PDU)으로 변환하여 송신모뎀(50)으로 전달한다. 그리고, 상기 수신모뎀(40)으로부터 수신 데이터를 전달받고, 상기 수신데이터를 서비스 데이터 단위(SDU : Service Data Unit)로 조립하여 상위계층으로 전달한다. 또한, 상기 MAC처리부(60)내 메시지 해석기(710)는 수신되는 제어메시지(MAC management)를 해석하는 기능을 수행하고, 메시지 생성기(712)는 송신되는 제어메시지를 생성하는 기능을 수행한다.
상기 송신모뎀(50)은 채널부호블럭(부호기, 인터리버, 변조기), 변조블럭(IFFT연산기, CP추가기 등) 등을 포함하여 구성되며, 상기 MAC처리부(60)로부터의 송신데이터(버스트)를 기저대역 처리하여 안테나 선택기(30)로 전달한다. 이때, 상기 송신모뎀(50)은 상기 도 3의 프레임 구조에 따라 공통영역의 신호를 먼저 생성하여 안테나 선택기(30)로 제공하고, 이후 DAS 영역의 신호를 생성하여 상기 안테나 선택기(30)로 제공한다. 한편, 상기 DAS 영역일 경우, 상기 송신모뎀(50)은 동시에 다수의 안테나 노드 신호들을 생성하여 상기 안테나 선택기(30)로 제공할 수 있다.
상기 안테나 선택기(30)는 상기 송신모뎀(50)으로부터의 기저대역 데이터를 안테나 노드들(20-1 내지 20-M)로 분배한다. 예를 들어, 공통영역의 데이터는 모든 안테나 노드들(20-1 내지 20-M)로 전달하고, DAS영역의 데이터는 해당 안테나 노드로 전달한다.
상기 안테나 노드들(20-1 내지 20-M)은 상기 안테나 선택기(30)로부터의 기저대역 데이터를 RF신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다. 이때, 공통영역일 경우, 모드 안테나 노드들이 동작하며, DAS 영역일 경우 선택된 일부 안테나 노드들만 동작할 수 있다.
한편, 상기 안테나 노드들(20-1 내지 20-M)은 상향링크 구간에서 수신되는 신호를 기저대역 데이터로 변환하여 안테나 선택기(30)로 전달한다. DAS 모드의 경우, 특정 단말의 상향링크 신호는 Ns개의 안테나 노드들을 수신되므로, 상기 안테나 선택기(30)는 스케줄링에 따라 안테나 노드들의 수신신호들을 2개씩 선택하여 수신모뎀(40)으로 전달한다.
CP제거기(700-1)는 상기 안테나 선택기(30)로부터의 제1 안테나 노드의 수신데이터에서 보호구간(CP : Cyclic Prefix)을 제거한다. FFT연산기(702-1)는 상기 보호구간에 제거된 데이터를 FFT(Fast Fourier Transform)연산하여 주파수 영역의 데이터로 변환한다. 채널추정기(704-1)는 상기 주파수 영역의 데이터에서 특정 데이터(파일럿)를 추출하고, 상기 특정 데이터를 이용해서 채널을 추정한다.
한편, CP제거기(700-2)는 상기 안테나 선택기(30)로부터의 제2 안테나 노드의 수신데이터에서 보호구간(CP : Cyclic Prefix)을 제거한다. FFT연산기(702-2)는 상기 보호구간에 제거된 데이터를 FFT(Fast Fourier Transform)연산하여 주파수 영역의 데이터로 변환한다. 채널추정기(704-2)는 상기 주파수 영역의 데이터에서 특정 데이터(파일럿)를 추출하고, 상기 특정 데이터를 이용해서 채널을 추정한다.
결합기(706)는 상기 제1 안테나 노드로 수신된 단말의 상향링크 데이터와 상기 제2 안테나 노드로 수신된 상기 단말의 상향링크 데이터를 결합하여 출력한다. 여기서, 상기 결합기(706)는 예를 들어 MMSE(Minimum Mean Square Error) 방식으로 데이터를 결합할 수 있다.
복조 및 복호기(708)는 상기 결합기(706)로부터의 단말의 상향링크 데이터를 복조(modulation) 및 복호(decoding)하여 상기 MAC처리기(60)로 제공한다.
이와 같이, 본 발명은 단말의 상향링크 신호를 특정 Ns개의 안테나 노드들을 통해 수신하기 때문에, 기지국의 수신모뎀(40)의 복잡도를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명에 따라 상기 메시지 생성기(712)는 DAS모드의 지원여부 및 DAS모드로 동작할 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 포함하는 브로드캐스트 메시지를 생성한다. 또한, 상기 메시지 생성기(712)는 DAS모드를 지원하는 경우 각 안테나 노드의 EIRP와 총 EIRP를 포함하는 메시지를 생성한다. 한편, 상기 메시지 해석기(710)는 단말로부터 수신되는 안테나 선택 보고(antenna selection report) 메시지를 해석한다. 그리고 상기 메시지 생성기(712)는 상기 안테나 선택 보고 메시지에 응답하여 안테나 선택 응답(antenna selection response) 메시지를 생성한다. 또한, DAS 모드로 동작하는 단말에 대해 개루프 전력제어모드를 지시하기 위해, 상기 메시지 생성기(712)는 DAS 전력제어모드 변경 메시지(DAS_PC_Rsp)를 생성한다. 한편, 상기 MAC처리부(60)에서 생성된 메시지는 송신모뎀(50)에서 기저대역 처리되고, 안테나 노드들에서 RF신호로 변환되어 송신된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 구성을 도시하고 있다.
도시된 바와 같이, MAC처리부(800), 송신모뎀(802), RF송신기(804), 듀플렉서(806), RF수신기(808), 수신모뎀(810), 수신전력 측정기(812), 전력제어기(814)를 포함하여 구성된다.
도 8을 참조하면, 먼저 MAC처리부(800)는 상위계층(예 : IP계층)으로부터 송신 데이터를 수신하고, 상기 송신 데이터를 소정 규격의 패킷(예 : MAC PDU)으로 변환하여 송신모뎀(802)으로 전달한다. 그리고, 상기 수신모뎀(810)으로부터 수신 데이터를 전달받고, 상기 수신데이터를 서비스 데이터 단위(SDU : Service Data Unit)로 조립하여 상위계층으로 전달한다. 또한, 상기 MAC처리부(816)내 메시지 생성기(816)는 수신되는 제어메시지(MAC management)를 해석하는 기능을 수행하고, 메시지 해석기(818)는 송신되는 제어메시지를 생성하는 기능을 수행한다.
본 발명에 따라 메시지 해석기(818)는 DAS모드의 지원여부 및 DAS모드로 동작할 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 포함하는 브로드캐스트 메시지를 해석한다. 또한, 상기 메시지 해석기(818)는 수신되는 브로드캐스 트 메시지를 해석하여 각 안테나 노드의 EIRP와 총 EIRP를 획득한다. 한편, 상기 메시지 생성기(816)는 DAS모드를 위한 안테나 선택 보고 메시지를 생성한다. 이후, 상기 MAC처리부(816)에서 생성된 메시지는 송신모뎀(802)에서 기저대역 처리되고, RF송신기(804)들에서 RF신호로 변환되어 송신된다. 그리고 상기 메시지 해석기(818)는 상기 안테나 선택 보고 메시지에 대응하여 수신되는 안테나 선택 응답 메시지 및 개루프 전력제어모드를 지시하는 DAS 전력제어모드 변경 메시지(DAS_PC_Rsp)를 해석한다. 또한, 본 발명에 따라 상기 MAC처리부(800)는 전력제어에 필요한 정보들을 전력제어기(814)로 제공한다. 상기 전력제어에 필요한 정보들은 기지국으로부터 수신된 정보 및 기지국으로부터 수신된 정보를 기반으로 생성된 정보 등이 될 수 있다.
상기 송신 모뎀(802)은 채널부호블록, 변조블록 등을 포함하여 구성되며, 상기 MAC처리부(800)로부터의 데이터(버스트 데이터)를 기저대역 처리하여 RF송신기(804)로 전달한다. 여기서, 상기 채널부호블럭은 채널 인코더(channel encoder), 인터리버(interleaver) 및 변조기(modulator) 등으로 구성되고, 상기 변조블럭은 송신 데이터를 다수의 직교하는 부반송파들에 싣기 위한 IFFT연산기 등으로 구성된다. RF송신기(804)는 상기 송신모뎀(802)으로부터의 기저대역 데이터를 RF신호로 변환하여 듀플렉서(806)로 전달한다.
상기 듀플렉서(806)는 듀플렉싱(예 : TDD, FDD) 방식에 따라 안테나로부터의 수신 신호(하향링크 신호)를 상기 RF수신기(808)로 전달하고, 상기 RF송신기(804)로부터의 송신 신호(상향링크 신호)를 상기 안테나로 전달한다.
한편, RF수신기(808)는 상기 듀플렉서(806)로부터의 RF신호를 기저대역 신호로 변환하여 출력한다. 상기 수신모뎀(810)은 복조블록, 채널복호블록 등을 포함하여 구성되며, 상기 RF수신기(808)로부터의 신호를 기저대역 처리하여 상기 MAC처리부(818)로 전달한다. 여기서, 상기 복조블럭은 각 부반송파에 실린 데이터를 추출하기 위한 FFT연산기 등으로 구성되며, 상기 채널복호블럭은 복조기(demodulator), 디인터리버(deinterleaver) 및 채널디코더(channel decoder) 등으로 구성될 수 있다.
수신전력 측정기(812)는 기지국으로부터 수신되는 파일럿(또는 프리앰블) 부반송파 값들을 상기 수신모뎀(810)으로부터 제공받고, 상기 부반송파 값들을 이용해 수신세기(예 : RSSI)를 측정하여 전력제어기(814)로 제공한다. 이렇게 측정된 수신세기는 상기 <수학식 1>의 상향링크 경로손실(PL)을 산출하는데 사용된다.
상기 전력제어기(814)는 폐루프 전력제어 또는 개루프 전력제어를 수행하기 위한 블록이다. 상기 폐쇄루프 전력제어의 경우, 기지국으로부터 수신되는 전력제어명령에 따라 상향링크 송신전력을 결정하여 상기 송신 모뎀(802)에 전달한다. 그러면 상기 송신모뎀(802)은 상기 전력제어기(814)로부터의 송신전력에 따라 상향링크 신호의 송신전력을 조정하여 송신한다. 여기서, 상기 송신전력의 조정은 기저대역(baseband)단, IF(intermediate frequency) 단 및 RF(Radio Frequency)단 중 어느 한 곳에서 수행될 수 있다.
상기 개루프 전력제어의 경우, 상기 <수학식 1>를 사용하여 상향링크 송신전력을 결정하여 상기 송신 모뎀(802)에 전달한다. 상기 <수학식 1>를 사용하여 송신 전력을 결정할 경우, 전송될 상향링크 버스트의 MCS수준의 요구하는 CINR값, 기지국 수신단에서의 반송파당 평균 간섭 및 잡음 전력 추정값(NI), 전력보상값(offset), EIRP값 등의 정보를 필요로 하는데, 이것은 상기 MAC처리부(800)로부터 제공받는다.
한편, 본 발명에 따라 DAS_OLPC모드로 전환 시, 상기 전력제어기(814)는 단말의 상향링크 신호를 수신하는 Ns개의 안테나 노드들의 EIRP들과 상기 Ns개의 안테나 노드들에 대한 RSSI들을 이용해서 경로손실(PL : Path Loss)을 계산하고, 상기 CINR값, 상기 NI값, 상기 전력보상값 및 상기 경로손실을 이용해서 송신전력(P)을 계산한다. 여기서, 상기 경로손실은 상기 수학식 3을 통해 계산될 수 있고, 상기 송신전력(P)은 상기 수학식 1을 통해 계산될 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.
도 1은 종래의 매크로 셀과 분산 안테나 시스템을 비교한 도면.
도 2는 분산 안테나 시스템에서 사용된 안테나 노드 수에 따른 시스템 용량 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템의 프레임 구조를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템에서 DAS_OLPC 모드로 전환하기 위한 절차를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시시예에 따른 단말의 동작 절차를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 DAS_OLPC 모드 수행 절차를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분산 안테나 시스템의 구성을 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 단말의 구성을 도시하는 도면.

Claims (22)

  1. 분산 안테나 시스템에서 단말의 동작 방법에 있어서,
    초기 접속 시, 기지국의 DAS모드 지원 여부를 판단하는 과정과,
    상기 DAS 모드 지원 시, 시그널링 교섭을 통해 DAS 모드로 전환하는 과정과,
    상기 DAS모드로 전환 후, 기지국으로부터 전력제어모드 변경 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 전력제어모드 변경 메시지에 따라 개루프 전력제어모드로 변경하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 DAS모드로 전환하는 과정은,
    상기 DAS모드 지원 시, 각 안테나 노드에 대해 신호세기를 측정하는 과정과,
    상기 측정된 신호세기들을 이용해서 설정개수의 안테나 노드를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 안테나 노드의 식별자들과 수신세기 결합 값을 포함하는 안테난 선택 보고 메시지를 기지국으로 전송하는 과정과,
    상기 안테나 선택 보고 메시지에 대한 응답으로 안테나 선택 응답 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 안테나 선택 응답 메시지 수신시, DAS모드로 전환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개루프 전력제어모드 수행시, DAS모드를 위해 선택된 적어도 하나의 안테나 노드 각각에 대한 유효 송신전력값을 수신하는 과정과,
    상기 선택된 적어도 하나의 안테나 노드 각각에 대하여 수신세기를 측정하는 과정과,
    상기 선택된 안테나 노드의 유효 송신전력 값과 상기 수신세기를 이용해서 경로손실을 계산하는 과정과,
    상기 계산된 경로손실을 이용해서 상향링크 송신전력을 제어하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유효 송신전력값은 EIRP(Efficient Isotropic Radiation Power) 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 경로손실(PLDAS)은 다음 수식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008011074421-PAT00004
    여기서, EIRP는 안테나 노드의 유효 송신전력 값이고, RSSI는 안테나 노드의 수신세기를 나타내며, Ns는 DAS모드를 위해 선택된 안테나 노드의 개수를 나타내고,
    Figure 112008011074421-PAT00005
    는 선택된 안테나 노드들 중 i번째 안테나 노드의 수신세기를 나타냄.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 상향링크 송신전력(P)은 다음 수식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure 112008011074421-PAT00006
    여기서, CINR은 상향링크 버스트의 MCS수준이 요구하는 수신 CINR값이고, NI는 기지국에서 측정한 반송파당 평균 간섭 및 잡음 전력(dBm)의 추정치이며, Offset은 기지국 또는/및 단말에 의해 제어되는 전력보상값을 나타냄.
  7. 제1항에 있어서, 상기 판단 과정은,
    기지국으로부터 DAS 모드 지원여부 및 DAS모드로 동작될 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 포함하는 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 수신된 메시지의 정보에 따라 DAS 지원여부를 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 적어도 하나의 분산 안테나 노드를 포함하는 기지국의 동작 방법에 있어서,
    DAS모드의 지원여부 및 DAS모드로 동작될 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 포함하는 메시지를 브로드캐스팅하는 과정과,
    상기 DAS모드의 지원하는 경우, 각 안테나 노드의 유효 송신전력 값 및 총 유효 송신전력값을 포함하는 메시지를 브로드캐스팅하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유효 송신전력값은 EIRP(Efficient Isotropic Radiation Power) 값인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    단말로부터 안테나 선택 보고 메시지를 수신하는 과정과,
    상기 안테나 선택 보고 메시지의 정보에 근거해서 상기 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 노드를 선택하는 과정과,
    상기 선택된 안테나 노드의 정보를 포함하는 안테나 보고 응답 메시지를 상기 단말로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 안테나 선택 보고 메시지는 DAS모드를 위해 선택된 안테나 노드의 정보 및 상기 선택된 안테나 노드들의 수신세기 결합 값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 분산 안테나 시스템에서 단말 장치에 있어서,
    기지국으로부터 수신되는 메시지를 처리하는 수신부와,
    상기 기지국으로 송신되는 메시지를 처리하는 송신부와,
    초기 접속시, 기지국으로부터 수신되는 메시지를 해석하여 DAS모드 지원 여부를 판단하며, 상기 DAS 모드 지원 시 시그널링 교섭을 통해 DAS 모드로 전환하 고, 상기 DAS모드로 전환 후 기지국으로부터 전력제어모드 변경 메시지 수신시 개루프 전력제어모드로 변경하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 DAS모드 지원 시, 각 안테나 노드에 대해 신호세기를 측정하는 측정기를 더 포함하며,
    상기 처리부는, 상기 측정된 신호세기들을 이용해서 설정개수의 안테나 노드를 선택하고, 상기 선택된 안테나 노드의 식별자들과 수신세기 결합 값을 포함하는 안테난 선택 보고 메시지를 기지국으로 전송하며, 상기 안테나 선택 보고 메시지에 대한 응답으로 안테나 선택 응답 메시지를 수신시 DAS모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 처리부는,
    상기 개루프 전력제어모드 수행시, DAS모드를 위해 선택된 적어도 하나의 안테나 노드 각각에 대한 유효 송신전력값을 수신하며, 상기 선택된 적어도 하나의 안테나 노드 각각에 대하여 수신세기를 측정하고, 상기 선택된 안테나 노드의 유효 송신전력 값과 상기 수신세기를 이용해서 경로손실을 계산하며, 상기 계산된 경로손실을 이용해서 상향링크 송신전력을 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유효 송신전력값은 EIRP(Efficient Isotropic Radiation Power) 값인 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 경로손실(PLDAS)은 다음 수식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112008011074421-PAT00007
    여기서, EIRP는 안테나 노드의 유효 송신전력 값이고, RSSI는 안테나 노드의 수신세기를 나타내며, Ns는 DAS모드를 위해 선택된 안테나 노드의 개수를 나타내고,
    Figure 112008011074421-PAT00008
    는 선택된 안테나 노드들 중 i번째 안테나 노드의 수신세기를 나타냄.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 상향링크 송신전력(P)은 다음 수식과 같이 계산되는 것을 특징으로 하는 장치.
    Figure 112008011074421-PAT00009
    여기서, CINR은 상향링크 버스트의 MCS수준이 요구하는 수신 CINR값이고, NI는 기지국에서 측정한 반송파당 평균 간섭 및 잡음 전력(dBm)의 추정치이며, Offset은 기지국 또는/및 단말에 의해 제어되는 전력보상값을 나타냄.
  18. 제12항에 있어서, 상기 처리부는,
    기지국으로부터 DAS 모드 지원여부 및 DAS모드로 동작될 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 포함하는 메시지를 수신하고, 상기 수신된 메시지의 정보에 따라 DAS 지원여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 기지국 장치에 있어서,
    DAS모드의 지원여부 및 DAS모드로 동작될 경우 하나의 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 개수(Ns)를 포함하는 메시지 및 상기 DAS모드의 지원하는 경우 각 안테나 노드의 유효 송신전력 값 및 총 유효 송신전력값을 포함하는 메시지를 생성 하는 처리부와,
    상기 처리부로부터의 송신 메시지를 기저대역 처리하는 모뎀과,
    상기 모뎀으로부터의 신호를 RF처리하여 송신하는 적어도 하나의 분산 안테나 노드를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 유효 송신전력값은 EIRP(Efficient Isotropic Radiation Power) 값인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 처리부는,
    단말로부터 안테나 선택 보고 메시지 수신시, 상기 안테나 선택 보고 메시지의 정보에 근거해서 상기 단말에 대해 운용될 수 있는 안테나 노드를 선택하고, 상기 선택된 안테나 노드의 정보를 포함하는 안테나 보고 응답 메시지를 생성하여 상기 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 안테나 선택 보고 메시지는 DAS모드를 위해 선택된 안테나 노드의 정보 및 상기 선택된 안테나 노드들의 수신세기 결합 값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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