KR20100080256A - Ｏｆｄｍａ ｔｄｄ 시스템에서의 상향링크 전력 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통신 시스템에서 공간-주파수 송신 다이버시티를 이용한 송신 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 2T2R, SDF, 또는 MIMO 시스템에 대한 도플러 주파수 크기를 모르는 경우에도, α와 β를 적절히 선택함으로써 1T2R 시스템보다 좋은 성능을 얻을 수 있다.

Description

ＯＦＤＭＡ ＴＤＤ 시스템에서의 상향링크 전력 제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for power control in TDD OFDMA system}
본 발명은 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) TDD(Time Division Duplex) 시스템에서의 상향링크 전력 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
FDD(Frequency Division Duplex) 시스템에 비해 TDD 시스템이 가지는 가장 큰 이점은 채널 상호성(Channel Reciprocity)이다. 이는 동일한 주파수 대역에서 하향링크 채널과 상향링크 채널이 동일하다는 전제에 기인한 것으로, 예컨대 수신단이 사운딩(sounding) 채널을 통해 사운딩 신호를 송신단으로 전송하면, 송신단이 상기 사운딩 신호를 이용하여 상향링크 채널을 추정함으로써 하향링크 채널에 대한 정보를 얻는 방식이다.
만약 이와 같은 채널 상호성을 충분히 이용하면, required CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)을 크게 감소시킬 수 있는데, 이는 이동 통신 시스템에는 매우 중요하다.
채널 상호성을 결정하는 인자로는 이동 속도(vehicle velocity)와 송수신 링크 대칭성(TX-RX link symmetry)이 있다. 만약 사용자의 이동 속도가 높아 패스트 페이딩 채널(fast fading channel)인 경우라면, 채널 상호성을 효과적으로 이용할 수 없다. 그러나, 만약 사용자의 이동 속도가 낮다면, 적절한 송수신 링크 구성(configuration)을 유지함으로써 채널 상호성을 얻을 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 채널 상호성을 이용하여 상향링크 전력 제어를 효율적으로 수행하기 위한 것으로, 구체적으로는 도플러 주파수(Doppler frequency) 및 송수신 링크 대칭성(TX-RX link symmetry)에 따라서 단말측에서 측정된 RSSI(Received Signal Strength Indicator) 평균값과 기지국측에서 측정된 CINR 평균값을 적절히 제어함으로써 상향링크 전력 제어를 효율적으로 수행하는 장치 및 방법을 제공한다.
상기 목적을 위하여, 본 발명의 일 형태에 따른 OFDMA TDD 시스템에서의 상향링크 전력 제어 장치 및 방법은, 하기 수학식 1에 의해 RSSIavg 및 CINRavg를 계산하고, 채널 환경에 따라 α와 β를 선택하여 상향링크 전력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
[수학식]
RSSIavg = α*RSSI+(1-α)*RSSIavg
CINRavg = β*CINR+(1-β)*CINRavg
본 발명에 따르면, 2T2R, SDF, 또는 MIMO 시스템에 대한 도플러 주파수 크기를 모르는 경우에도, α와 β를 적절히 선택함으로써 1T2R 시스템보다 여전히 좋은 성능을 얻을 수 있다.
이하에서는 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 참고로, 하기 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 송신 안테나와 수신 안테나 수에 따라 구체적인 동작을 설명한다. 이와 관련하여, 각 프레임의 RSSI 및 CINR을 평균을 구하기 위하여 하기 수학식을 사용한다.
[수학식]
RSSIavg = α*RSSI+(1-α)*RSSIavg (단말측에서)
CINRavg = β*CINR+(1-β)*CINRavg (기지국측에서)
상기 수학식에서 RSSIavg에 기초하여 개루프 전력 제어(OLPC; Open Loop Power Control)가 수행될 수 있으며, CINRavg에 기초하여 폐루프 전력 제어(CLPC; Closed Loop Power Control)가 수행될 수 있다. 여기서, 만약 하향링크와 상향링크 사이에 링크 대칭성이 이루어지며 또한 채널 변화가 느리다면, α 는 큰 값을 사용하고 β 는 작은 값을 사용한다. 그러나, 만약 그렇지 않다면, α 는 작은 값을 사용하고, β 는 중간 정도나 큰 값을 사용한다.
이하에서는 최대 2개의 송신 안테나와 2개의 수신 안테나를 포함하는 mobile WiMAX 시스템을 모델로 하여 본 발명을 상세 설명한다.
[1T1R 시스템]
1개의 송신 안테나와 1개의 수신 안테나로 구성된 시스템에서는, 자동적으로 링크 대칭성을 얻을 수 있다. 만약 단말이 복수개의 수신 안테나를 구비한다면, 단말은 물론 하나의 주 경로 신호(main path signal)를 사용하여 RSSI를 측정한다. 그러므로, 만약 도플러 주파수가 낮다면, 큰 α값과 작은 β값을 사용하는 것이 바람직하며, 만약 도플러 주파수가 높다면, 작은 α값과 중간 또는 큰 β값을 사용하는 것이 바람직하다.
[1T2R 시스템]
1개의 송신 안테나와 2개의 수신 안테나로 구성된 시스템에서는, 링크 대칭성을 얻을 수 없다. 따라서, 단말은 수신 안테나 모두를 사용하여 RSSI를 측정한다. 이 경우, 작은 α값과 큰 β값을 사용하는 것이 바람직하다.
[2T2R 시스템]
2개의 송신 안테나와 2개의 수신 안테나로 구성된 시스템에서는 다음과 같은 조건을 만족하는 경우 링크 대칭성을 얻을 수 있다.
1) 단말이 복수개의 안테나를 구비하는 경우 하나의 주 경로 신호를 이용하여 RSSI를 측정한다.
2) 기지국은 예컨대 공간-주파수 다이버시티(SFD; Space Frequency Diversity), 개루프 MIMO(open loop MIMO) 등과 같은 직교 타입 전송 다이버시티(orthogonal type transmit diversity)를 이용한다. 참고로, CDD(Cyclic Delay Diversity)는 서로 다른 안테나로부터 수신된 파일럿들이 수신 후 혼합(interminglement)되기 때문에 직교 타입 다이버시티가 아니다.
[SFD 시스템]
SFD(Space Frequency Diversity)는 프리앰블(preamble) 또는 파일럿(pilot)에 적용될 수 있다. 여기서, RSSI는 프리앰블만을 이용하여 측정한다고 가정한다. SFD가 사용되고 도플러 주파수가 낮은 경우, 큰 α값과 작은 β값을 사용하는 것이 바람직하며, 이는 최소 required CINR(minimum required CINR)을 제공한다. 그러나, 링크 대칭성을 얻기 위하여는 α는 0.5(4T4R 시스템의 경우에는 0.25) 이하가 되어야 한다. 만약 도플러 주파수가 높다면, 작은 α값과 중간이나 큰 β값을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, CDD는 링크 대칭성을 제공하지 않기 때문에, 1T2R 시스템과 동일한 알고리즘을 사용한다.
SFD 시스템에 관한 보다 상세한 설명은 본 출원인에 의해 동일자로 출원된 특허출원 제10-2008-0138904호 "공간 주파수 송신 다이버시티를 이용한 송신 장치 및 방법"을 참조할 수 있으며, 상기 특허출원에 기재된 내용은 본 명세서에 포함되어 결합된다 할 것이다.
[MIMO 시스템]
DL(Downlink) MIMO(Multiple Input Multiple Output) 버스트(burst)인 경우에는, 프리앰블 대신 MIMO 파일럿을 이용함으로써 2개의 수신 안테나로부터의 RSSI를 평균하여 링크 대칭성을 쉽게 얻을 수 있다. 따라서, 만약 주어진 프레임에 MIMO 버스트가 있고 도플러 주파수가 낮다면, 큰 α값(약 1.0)과 작은 β값을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 만약 도플러 주파수가 높다면, 작은 α값과 중간이나 큰 β값을 사용하는 것이 바람직하다. 한편, MIMO 버스트가 존재하면, 버스트의 해당 여부와 상관없이 본 방법을 사용할 수 있다.
이하에서는 도플러 주파수 추정에 대하여 설명한다.
도플러 주파수 추정은 α와 β를 결정하는데 중요한 영향을 미치기 때문에, 최대 링크 대칭성(maximum link-symmetry)을 이용하는 것이 바람직하다. 도플러 주파수의 크기는 파일럿 변화를 관찰함으로써 추측할 수 있는데, 가장 간단한 방법은 동일한 부반송파에 할당된 파일럿들 사이의 상관도(correlation)을 계산하는 것이다. 계산량을 많이 하고 이를 평균함으로써, 만약 크게 변화하지 않는다면, 아주 정확하게 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 그리고, 하기와 같이 시뮬레이션을 이용하여, 상관도 및 도플러 주파수에 대한 매핑 테이블(mapping table)을 얻을 수 있다.
시뮬레이션 조건은 다음과 같다.
OLPC 레이턴시(latency)로 DL-RX와 ul-TX 사이에 5ms를 두었다. 그리고, CLPC에 대한 레이턴시는 4프레임으로 설정하였다. required CINR은 하향링크 프레임 CINR의 분포(distribution)를 관찰하여 구하였다. 그리고, 타깃(target) ADC 포화율(saturation rate)은 0.1%로 하였다(이는 주어진 ADC(Analog to Digital Converter) 마진(margin)으로 ADC를 포화시키는 것이 1000개 프레임 중 1개 프레임이다). 시뮬레이션을 간단화하기 위해, 840개 부반송파 대신에 1024개 부반송파를 사용하였다.
한편, 시뮬레이션 결과는 도 1 내지 도 3과 같다.
여기서, 도 1은 도플러 주파수를 모르는 경우에 대한 성능(performance)을 나타낸 것이고, 도 2는 도플러 주파수가 낮은 경우(PED-A 3km/h)에 대한 성능을 나타낸 것이며, 도 3은 도플러 주파수가 높은 경우(VEH-A 60km/h)에 대한 성능을 나타낸 것이다.
시뮬레이션 결과를 참조하면, additional CINR은 전력 제어가 사용될 때 짧은 기간(short-term) 패이딩 링크 레벨(fading link-level) 시뮬레이션으로부터 얻어진 required CINR과 비교하여 추가적으로 필요한 CINR 이다.
정리하면, 본 발명에서는 시스템 성능을 측정하기 위하여 required CINR을 사용한다. 그러나, 이는 또한 시뮬레이션 결과를 통해 알 수 있는 바와 같이, 패이딩 채널(fading channel) 하에서 OFDMA 시스템의 높은 PAPR(Peak to Average Power Ratio) 신호를 수용하기 위하여 필요한 ADC(Analog to Digital Converter) 마진(margin)을 줄인다.
특히, 본 발명은 2T2R, SDF, 또는 MIMO 시스템에 대한 도플러 주파수 크기를 모르는 경우에도, α와 β를 적절히 선택함으로써 1T2R 시스템보다 여전히 좋은 성능을 얻을 수 있다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징들을 변경하지 않고서 다른 구체적인 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
그리고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 특정되는 것이며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 도플러 주파수를 모르는 경우에 대한 성능(performance)을 나타낸 것이다.
도 2는 도플러 주파수가 낮은 경우(PED-A 3km/h)에 대한 성능을 나타낸 것이다.
도 3은 도플러 주파수가 높은 경우(VEH-A 60km/h)에 대한 성능을 나타낸 것이다.

Claims (2)

  1. OFDMA TDD 시스템에서의 상향링크 전력 제어 장치로서,
    하기 수학식 1에 의해 RSSIavg 및 CINRavg를 계산하고,
    채널 환경에 따라 α와 β를 선택하여 상향링크 전력을 제어하는 장치.
    [수학식]
    RSSIavg = α*RSSI+(1-α)*RSSIavg
    CINRavg = β*CINR+(1-β)*CINRavg
  2. OFDMA TDD 시스템에서의 상향링크 전력 제어 방밥으로서,
    하기 수학식 1에 의해 RSSIavg 및 CINRavg를 계산하고,
    채널 환경에 따라 α와 β를 선택하여 상향링크 전력을 제어하는 방법.
    [수학식]
    RSSIavg = α*RSSI+(1-α)*RSSIavg
    CINRavg = β*CINR+(1-β)*CINRavg
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