KR20110088765A - Ｔｄｄ 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 전력 헤드룸 전송 방법 및 장치 - Google Patents

Ｔｄｄ 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 전력 헤드룸 전송 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

TDD 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 전력 헤드룸 전송 방법 및 장치가 제공된다. 단말은 특정 시간에서의 기지국과의 순시 경로 손실(instant path-loss) 및 평균 경로 손실(average path-loss)을 계산하고, 채널 상태에 따른 가중 파라미터(weighting parameter)를 결정하고, 상기 순시 경로 손실, 상기 평균 경로 손실 및 상기 가중 파라미터에 따라 조정 경로 손실(adjusted path-loss)을 계산하고, 상기 조정 경로 손실을 기반으로 전력 헤드룸을 계산하고, 상기 전력 헤드룸을 기지국으로 전송한다. 상기 가중 파라미터는 상기 TDD 무선 통신 시스템의 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임의 구성 또는 단말의 이동 속에 따라 변화할 수 있다.

Description

ＴＤＤ 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 전력 헤드룸 전송 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR TRANSMITTING POWER HEADROOM PERFORMED BY USER EQUIPMENT IN TDD WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 TDD 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 전력 헤드룸(PH; Power Headroom) 전송 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 활발하게 연구되고 있는 차세대 멀티미디어 무선 통신 시스템은 초기의 음성 위주의 서비스를 벗어나 영상, 무선 데이터 등의 다양한 정보를 처리하여 전송할 수 있는 시스템이 요구되고 있다. 현재 3세대 무선 통신 시스템에 이어 개발되고 있는 4세대 무선 통신은 하향링크 1Gbps(Gigabits per second) 및 상향링크 500Mbps(Megabits per second)의 고속의 데이터 서비스를 지원하는 것을 목표로 한다. 무선 통신 시스템의 목적은 다수의 사용자가 위치와 이동성에 관계없이 신뢰할 수 있는(reliable) 통신을 할 수 있도록 하는 것이다. 그런데, 무선 채널(wireless channel)은 경로 손실(path loss), 잡음(noise), 다중 경로(multipath)에 의한 페이딩(fading) 현상, 심벌 간 간섭(ISI; Intersymbol Interference) 또는 단말의 이동성으로 인한 도플러 효과(Doppler effect) 등의 비이상적인 특성이 있다. 무선 채널의 비이상적 특성을 극복하고, 무선 통신의 신뢰도(reliability)를 높이기 위해 다양한 기술이 개발되고 있다.
높은 데이터 전송률을 가질 수 있는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)이 최근 주목받고 있다. OFDM은 주파수 대역을 다수의 직교 부반송파로 분할하여 데이터를 전송하는 다중 반송파 변조 기법으로, 낮은 복잡도로 심벌간 간섭(inter-symbol interference) 효과를 감쇄시킬 수 있다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 송신한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다. 각각의 직교 채널은 상호 독립적인 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 경험하게 되고, 전송되는 심벌의 간격이 길어져 심벌간 간섭이 최소화될 수 있다. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA)은 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용 가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다. OFDMA는 부반송파라는 주파수 자원을 각 사용자에게 제공하며, 각각의 주파수 자원은 다수의 사용자에게 독립적으로 제공되어 서로 중첩되지 않는 것이 일반적이다. 결국 주파수 자원은 사용자마다 상호 배타적으로 할당된다.
무선통신 시스템은 크게 FDD(Frequency Division Duplex) 방식과 TDD(Time Division Duplex) 방식으로 나눌 수 있다. FDD 방식에 의하면 상향링크 전송과 하향링크 전송이 서로 다른 주파수 대역을 차지하면서 이루어진다. TDD 방식에 의하면 상향링크 전송과 하향링크 전송이 같은 주파수 대역을 차지하면서 서로 다른 시간에 이루어진다. TDD 방식의 채널 응답은 실질적으로 상호적(reciprocal)이다. TDD에서는 상향링크와 하향링크가 동일한 주파수 대역을 사용하므로 채널 특성이 동일할 수 있다. 따라서, TDD에 기반한 무선 통신 시스템에서 하향링크 채널 응답은 상향링크 채널 응답으로부터 얻어질 수 있는 장점이 있다.
TDD 방식은 전체 주파수 대역을 상향링크 전송과 하향링크 전송이 시분할되므로 기지국(Base Station, BS)에 의한 하향링크 전송과 단말(Mobile Station, MS)에 의한 상향링크 전송이 동시에 수행될 수 없다. 상향링크 전송과 하향링크 전송이 서브프레임 단위로 구분되는 TDD 시스템에서, 상향링크 전송과 하향링크 전송은 서로 다른 서브프레임에서 수행된다.
한편, 무선 통신 시스템은 기지국과 단말 간의 거리에 따른 경로 손실(path-loss) 및 인접 셀로부터의 간섭에 의한 셀간 간섭(inter-cell interference)을 줄이기 위한 하나의 방법으로 전력 제어 기법을 사용한다. 전력 제어 기법은 무선 통신 시스템의 서비스 품질(quality of service; QoS)을 어느 정도 유지하면서 가장 낮은 전력 레벨로 데이터를 전송할 수 있도록 송신 전력을 조절하는 기법이다. 상향링크 전송에서 전송 전력이 너무 약하면 기지국이 단말의 전송 신호를 수신하지 못한다. 반대로 전송 전력이 너무 강하면 단말의 전송 신호는 타 단말의 전송 신호에 간섭으로 작용할 수 있고 단말의 배터리 소모를 증가시킨다. 상향링크 전송전력을 제어하여 수신 신호의 크기를 적정 수준으로 유지함으로써, 단말에서의 불필요한 전력 소모를 방지하고, 데이터 전송률 등을 적응적으로 결정함으로써 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
단말은 주기적 또는 비주기적으로 기지국으로 전력에 관한 다양한 정보를 보고할 수 있다. 특히, 단말이 가질 수 있는 최대 전송 전력(maximum transmission power)과 특정 시간에 전송되는 순시 전력(instant power)의 차이인 전력 헤드룸(PH; Power Headroom)을 보고할 수 있다. 전력 헤드룸에 관한 정보는 기지국이 전력을 제어할 때 필요한 정보로 사용될 수 있고, 또는 단말에 최대로 할당할 수 있는 무선 자원의 크기의 기준으로 사용될 수 있다. 전력 헤드룸이 정확히 계산되지 않을 경우, 기지국의 효율적인 무선 자원의 활용이 떨어지고 전력 제어의 신뢰성 또한 보장하기 어렵다.
따라서 정확하고 신뢰성 높은 전력 헤드룸 계산 방법이 필요하다.
본 발명의 기술적 과제는 TDD 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 전력 헤드룸(PH; Power Headroom) 전송 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.
일 양태에 있어서, TDD 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 전력 헤드룸 전송 방법이 제공된다. 상기 방법은 단말과 기지국 간의 순시 경로 손실(instant path-loss) 및 평균 경로 손실(average path-loss)을 계산하고, 채널 상태에 따른 가중 파라미터(weighting parameter)를 결정하고, 상기 순시 경로 손실, 상기 평균 경로 손실 및 상기 가중 파라미터를 기반으로 조정 경로 손실(adjusted path-loss)을 계산하고, 상기 조정 경로 손실을 기반으로 전력 헤드룸을 계산하고, 상기 전력 헤드룸을 기지국으로 전송하는 것을 포함한다. 상기 가중 파라미터는 0과 1 사이의 값 중 어느 하나일 수 있다. 상기 가중 파라미터는 상기 TDD 무선 통신 시스템의 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임의 구성에 따라 변화할 수 있으며, 상기 상향링크 서브프레임이 연속되는 횟수에 따라 변화할 수 있다. 또는 상기 가중 파라미터는 상기 단말의 이동 속도에 따라 변화할 수 있다.
다른 양태에 있어서 TDD 무선 통신 시스템에서 단말이 제공된다. 상기 단말은 신호를 송수신하는 RF부, 및 상기 RF부와 연결된 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 단말과 기지국 간의 순시 경로 손실(instant path-loss) 및 평균 경로 손실(average path-loss)을 계산하고, 채널 상태에 따른 가중 파라미터(weighting parameter)를 결정하고, 상기 순시 경로 손실, 상기 평균 경로 손실 및 상기 가중 파라미터에 따라 조정 경로 손실(adjusted path-loss)을 계산하고, 상기 조정 경로 손실을 기반으로 전력 헤드룸을 계산하고, 상기 전력 헤드룸을 기지국으로 전송한다.
경로 손실(path loss)을 고려하여 전력 헤드룸을 계산함으로써 전력 헤드룸 계산의 신뢰성을 높일 수 있으며, 전력 헤드룸의 보고 횟수를 줄여 불필요한 자원의 낭비를 방지할 수 있다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 3GPP LTE 시스템에서 TDD 무선 프레임(radio frame) 구조를 나타낸다.
도 3은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)의 일 예를 나타낸다.
도 4는 하향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.
도 5는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.
도 6은 3GPP LTE의 TDD 무선 통신 시스템에서의 경로 손실 계산을 나타낸다.
도 7은 제안된 전력 헤드룸 전송 방법의 일 실시예를 나타낸다.
도 8은 제안된 전력 헤드룸 계산 방법에 있어서 경로 손실 계산의 일 예를 나타낸다.
도 9는 제안된 전력 헤드룸 계산 방법에 있어서 경로 손실 계산의 또 다른 예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예가 구현되는 단말을 나타내는 블록도의 일 예이다.
도 11은 본 발명의 실시예가 구현되는 단말을 나타내는 블록도의 또 다른 예이다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)를 제공한다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)은 E-UTRA(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access)를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.
설명을 명확하게 하기 위해, LTE/LTE-A을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 무선 통신 시스템을 나타낸다.
무선 통신 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(11)은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다. 단말(12; User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(wireless device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 일반적으로 단말(12)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.
단말은 하나의 셀에 속하는데, 단말이 속한 셀을 서빙 셀(serving cell)이라 한다. 서빙 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 서빙 기지국(serving BS)이라 한다. 무선통신 시스템은 셀룰러 시스템(cellular system)이므로, 서빙 셀에 인접하는 다른 셀이 존재한다. 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 인접 셀(neighbor cell)이라 한다. 인접 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 인접 기지국(neighbor BS)이라 한다. 서빙 셀 및 인접 셀은 단말을 기준으로 상대적으로 결정된다.
이 기술은 하향링크(downlink) 또는 상향링크(uplink)에 사용될 수 있다. 일반적으로 하향링크는 기지국(11)에서 단말(12)로의 통신을 의미하며, 상향링크는 단말(12)에서 기지국(11)으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국(11)의 일부분이고, 수신기는 단말(12)의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말(12)의 일부분이고, 수신기는 기지국(11)의 일부분일 수 있다.
도 2는 3GPP LTE 시스템에서 TDD 무선 프레임(radio frame) 구조를 나타낸다. 이는 3GPP TS 36.211 V8.2.0 (2008-03) "Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical Channels and Modulation (Release 8)"의 4.2절을 참조할 수 있다. 하나의 무선 프레임은 10 ms의 길이를 가지며 5 ms의 길이를 가지는 2개의 반프레임(half-frame)으로 구성된다. 또한 하나의 반프레임은 1 ms의 길이를 가지는 5개의 서브프레임으로 구성된다. 하나의 서브프레임은 0.5 ms의 길이를 가지는 2개의 슬롯으로 구분된다. 하나의 서브프레임은 상향링크 서브프레임(UL subframe), 하향링크 서브프레임(DL subframe), 특수 서브프레임(special subframe) 중 어느 하나로 지정된다. 하나의 무선 프레임은 적어도 하나의 상향링크 서브프레임과 적어도 하나의 하향링크 서브프레임을 포함한다.
하나의 슬롯은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. OFDM 심벌은 3GPP LTE가 하향링크에서 OFDMA를 사용하므로 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것으로, 다중 접속 방식에 따라 다른 명칭으로 불리울 수 있다. 예를 들어, 상향링크 다중 접속 방식으로 SC-FDMA가 사용될 경우 SC-FDMA 심벌이라고 할 수 있다. 자원 블록(RB; Resource Block)는 자원 할당 단위로 하나의 슬롯에서 복수의 연속하는 부반송파를 포함한다. 상기 무선 프레임의 구조는 일 예에 불과한 것이다. 따라서 무선 프레임에 포함되는 서브프레임의 개수나 서브프레임에 포함되는 슬롯의 개수, 또는 슬롯에 포함되는 OFDM 심벌의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
3GPP LTE는 노멀(normal) 순환 전치(CP; Cyclic Prefix)에서 하나의 슬롯은 7개의 OFDM 심벌을 포함하고, 확장(extended) CP에서 하나의 슬롯은 6개의 OFDM 심벌을 포함하는 것으로 정의하고 있다.
특수 서브프레임은 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임 사이에서 상향링크 및 하향링크를 분리시키는 특정 주기(period)이다. 하나의 무선 프레임에는 적어도 하나의 특수 서브프레임이 존재하며, 특수 서브프레임은 DwPTS(Downlink Pilot Time Slot), GP(Guard Period), UpPTS(Uplink Pilot Time Slot)를 포함한다. DwPTS는 초기 셀 탐색, 동기화 또는 채널 추정에 사용된다. UpPTS는 기지국에서의 채널 추정과 단말의 상향 전송 동기를 맞추는 데 사용된다. GP는 상향링크와 하향링크 사이에 하향링크 신호의 다중 경로 지연으로 인해 상향링크에서 생기는 간섭을 제거하기 위한 보호 구간이다.
표 1은 3GPP LTE TDD 시스템에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임의 배치에 따른 설정 가능한 무선 프레임의 구조를 나타낸다.
Figure pat00001
'D'는 하향링크 서브프레임, 'U'는 상향링크 서브프레임, 'S'는 특수 서브프레임이다. 특수 서브프레임은 스위칭 포인트 즉, DwPTS+GP+UpPTS를 나타낸다. 구성 0~2, 6은 5 ms의 스위칭 포인트 주기로 하향링크와 상향링크가 바뀌는 구성이다. 이때 특수 서브프레임은 2개의 반프레임에 모두 존재한다. 구성(configuration) 3~5는 10 ms의 스위칭 포인트 주기로 하향링크와 상향링크가 바뀌는 구성이다. 이때 특수 서브프레임은 2개의 반프레임 중 1번째 반프레임에만 존재한다. 서브프레임 0, 5 및 특수 서브프레임의 DwPTS는 항상 하향링크 전송을 위해 할당된다. 또한, 특수 서브프레임의 UpPTS와 특수 서브프레임의 바로 뒤의 서브프레임은 항상 상향링크 전송을 위해 할당된다.
표 2는 3GPP LTE 시스템에서 고려되는 DwPTS, GP, UpPTS의 구성 방법이다. Ts는 샘플링 타임(sampling time)을 의미하며 1/(15000 * 2048) (sec)으로 계산된다.
Figure pat00002
특수 서브프레임은 노멀 CP일 때 9가지 조합이, 확장 CP일 때 7가지 조합이 가능하다.
도 3은 하나의 하향링크 슬롯에 대한 자원 그리드(resource grid)의 일 예를 나타낸다.
하향링크 슬롯은 시간 영역에서 복수의 OFDM 심벌을 포함하고, 주파수 영역에서 NRB개의 자원 블록을 포함한다. 하향링크 슬롯에 포함되는 자원 블록의 수 NRB은 셀에서 설정되는 하향링크 전송 대역폭(bandwidth)에 종속한다. 예를 들어, 3GPP LTE 시스템에서 NRB은 60 내지 110 중 어느 하나일 수 있다. 하나의 자원 블록은 주파수 영역에서 복수의 부반송파를 포함한다. 상향링크 슬롯의 구조도 상기 하향링크 슬롯의 구조와 동일할 수 있다.
자원 그리드 상의 각 요소(element)를 자원 요소(resource element)라 한다. 자원 그리드 상의 자원 요소는 슬롯 내 인덱스 쌍(pair) (k,ℓ)에 의해 식별될 수 있다. 여기서, k(k=0,...,NRB×12-1)는 주파수 영역 내 부반송파 인덱스이고, ℓ(ℓ =0,...,6)은 시간 영역 내 OFDM 심벌 인덱스이다.
여기서, 하나의 자원 블록은 시간 영역에서 7 OFDM 심벌, 주파수 영역에서 12 부반송파로 구성되는 7×12 자원 요소를 포함하는 것을 예시적으로 기술하나, 자원 블록 내 OFDM 심벌의 수와 부반송파의 수는 이에 제한되는 것은 아니다. OFDM 심벌의 수와 부반송파의 수는 CP의 길이, 주파수 간격(frequency spacing) 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 노멀 CP의 경우 OFDM 심벌의 수는 7이고, 확장된 CP의 경우 OFDM 심벌의 수는 6이다. 하나의 OFDM 심벌에서 부반송파의 수는 128, 256, 512, 1024, 1536 및 2048 중 하나를 선정하여 사용할 수 있다.
도 4는 하향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.
하향링크 서브프레임은 시간 영역에서 2개의 슬롯을 포함하고, 각 슬롯은 노멀 CP에서 7개의 OFDM 심벌을 포함한다. 서브프레임 내의 첫 번째 슬롯의 앞선 최대 3 OFDM 심벌들이 제어 채널들이 할당되는 제어 영역(control region)이고, 나머지 OFDM 심벌들은 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)가 할당되는 데이터 영역이 된다. 3GPP LTE에서 사용되는 하향링크 제어 채널들은 PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PHICH(Physical Hybrid-ARQ Indicator Channel) 등이 있다. 서브프레임의 첫 번째 OFDM 심벌에서 전송되는 PCFICH는 서브프레임 내에서 제어 채널들의 전송에 사용되는 OFDM 심벌의 수(즉, 제어 영역의 크기)에 관한 정보를 나른다. PHICH는 상향링크 HARQ(Hybrid Automatic Repeat Request)에 대한 ACK(Acknowledgement)/NACK(Not-Acknowledgement) 신호를 나른다. 즉, 단말이 전송한 상향링크 데이터에 대한 ACK/NACK 신호는 PHICH 상으로 전송된다. PDCCH를 통해 전송되는 제어 정보를 하향링크 제어 정보(DCI; Downlink Control Information)라고 한다. DCI는 상향링크 또는 하향링크 스케쥴링 정보 및 임의의 UE 그룹들에 대한 상향링크 전송 파워 제어 명령 등을 가리킨다.
도 5는 상향링크 서브프레임의 구조를 나타낸다.
상향링크 서브프레임은 주파수 영역에서 제어 영역과 데이터 영역으로 나뉠 수 있다. 상기 제어 영역은 상향링크 제어 정보가 전송되기 위한 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)이 할당된다. 상기 데이터 영역은 데이터가 전송되기 위한 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel)이 할당된다. 단일 반송파(single carrier)의 특성을 유지하기 위하여, 단말은 PUCCH와 PUSCH를 동시에 전송하지 않는다. 하나의 단말의 PUCCH는 서브프레임 내에서 RB 쌍(pair)을 구성하여 할당된다. 상기 RB 쌍에 포함되는 RB들은 각각의 슬롯의 서로 다른 부반송파(subcarrier)를 차지한다. 이를 PUCCH에 할당되는 RB 쌍이 슬롯 경계에서 주파수가 홉핑(frequency-hopped)되었다고 한다.
상향링크 전력 제어(UL power control)는 물리 채널이 전송되는 SC-FDMA 심벌의 평균 전송 전력을 결정한다. 상향링크 전력 제어는 다양한 종류의 상향링크 채널의 전송 전력을 제어할 수 있다.
수학식 1에 의해 i번째 서브프레임에서 PUSCH의 전송 전력이 계산될 수 있다.
Figure pat00003
수학식 1에서 PUSCH의 전송 전력 PPUSCH(i)의 단위는 [dBm]이다. 수학식 1에서 PCMAX는 미리 설정된 단말의 최대 전송 전력이다. MPUSCH(i)는 i번째 서브프레임에서 PUSCH로 할당된 대역폭의 크기를 자원 블록의 개수로 나타낸 것이다. PO _ PUSCH(j)는 j=0 또는 1일 때 상위 계층(higher layer)에 의해 주어지는 셀 특정 명목 파라미터인 PO _ NOMINAL _ PUSCH(j)와, j=0 또는 1일 때 상위 계층에 의해 주어지는 단말 특정 파라미터인 PO _ UE _ PUSCH(j)의 합이다. j=0은 반영구적 그랜트(semi-persistent grant)에 따른 PUSCH 전송의 경우, j=1은 동적 스케줄된 그랜트(dynamic scheduled grant)에 따른 PUSCH 전송의 경우, j=2는 임의 접속 응답 그랜트(random access response grant)에 따른 PUSCH의 경우이다. α(j)는 j의 값에 따라 변화하는 값으로, j=0 또는 1일 때 α(j)는 상위 계층에 의해 주어지는 3비트의 셀 특정 파라미터(cell-specific parameter)이고, j=2일 때 α(j)=1이다. PL은 단말에서 계산된 하향링크 경로 손실(path-loss)의 예상치이다. ΔTF(i)는 KS=1.25일 때
Figure pat00004
에 의해 주어지고, Ks=0일 때 ΔTF(i)=0이다. KS는 상위 계층에 의해 주어지는 단말 특정 파라미터이다. MPR은 CRC 비트를 포함하는 CQI 비트의 개수를 자원 요소의 개수로 나눈 값이며, βoffset PUSCH는 오프셋 값이다. f(i)는 현재 i번째 서브프레임에서의 PUSCH 전력 제어 조정 상태를 나타내며, PDCCH의 DCI format 0에 포함되는 단말 특정 TPC command를 기반으로 결정될 수 있다.
3GPP LTE에서 단말은 기지국으로 전력 헤드룸(PH; Power Headroom)을 보고할 수 있다. 전력 헤드룸은 단말이 가질 수 있는 최대 전송 전력(maximum power)과 특정 시간의 순시 전력(instant power)의 차이이다.
i번째 서브프레임에서 전력 헤드룸은 수학식 2에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00005
전력 헤드룸 PH(i)의 단위는 [dBm]이다. 수학식 2에서 PCMAX, MPUSCH (i), PO_PUSCH(j), α(j), PL, ΔTF(i), f(i)는 각각 상기 수학식 1에서 의미하는 바와 같다.
기지국은 전력 헤드룸을 수신하여 다양한 용도로 사용할 수 있다. 예를 들어 상향링크 전력 제어에 필요한 정보로 사용할 수 있고, 또는 최대로 할당할 수 있는 무선 자원의 크기의 기준으로 사용할 수 있다. 단말은 전력 헤드룸을 기지국에 주기적 또는 비주기적으로 보고할 수 있다. 전력 헤드룸을 보고하는 주기는 단말에 따라 다양할 수 있다. 전력 헤드룸은 단말에서 계산되는 기지국과 단말 사이의 경로 손실의 변화 폭(variation)이 기지국에서 설정한 값보다 큰 경우에도 보고될 수 있다. 이때의 보고는 비주기적인 보고에 해당한다.
단말이 전력 헤드룸의 보고를 위해 계산되어야 할 순시 전력은 기지국과 단말 사이의 경로 손실(path-loss)에 큰 영향을 받을 수 있다. 경로 손실은 단말과 기지국 사이의 지형 또는 지물, 단말의 이동 속도 등에 의해서 결정된다. 단말이 빠르게 이동하거나 또는 잘못된 경로 손실 계산에 의해서 경로 손실 값의 변화가 급격하게 이루어질 경우, 전력 헤드룸이 불필요하게 보고되어 무선 자원이 낭비될 수 있다.
도 6은 3GPP LTE의 TDD 무선 통신 시스템에서의 경로 손실 계산을 나타낸다.
3GPP LTE의 TDD 무선 통신 시스템에서는 하향링크 서브프레임과 상향링크 서브프레임이 시간에 따라 구분되며, 경로 손실은 하향링크 서브프레임에서 계산된다. 따라서 상향링크-하향링크 구성 중에서 상향링크 서브프레임의 비율이 높은 구성에서는 시간 지연에 의해서 경로 손실이 왜곡되어 계산될 수 있다. 또한, 단말이 고속으로 이동하는 경우 채널의 변화가 심하여 상향링크 서브프레임 이후 하향링크 서브프레임에서의 경로 손실 계산의 신뢰성이 떨어질 수 있다. 이에 따라 전력 헤드룸 계산의 신뢰성도 떨어지게 된다. 따라서 신뢰성 있는 전력 헤드룸을 계산하기 위한 방법이 필요하다.
이하, 실시예를 통해 제안된 전력 헤드룸 전송 방법을 설명하도록 한다.
도 7은 제안된 전력 헤드룸 전송 방법의 일 실시예를 나타낸다.
단계 S100에서 단말은 단말과 기지국 간의 순시 경로 손실(instant path-loss) 및 평균 경로 손실(average path-loss)을 계산한다. 순시 경로 손실은 경로 손실을 계산하는 당시의 단말과 기지국 간의 경로 손실이다. 평균 경로 손실은 일정 시간 동안의 단말과 기지국 간의 경로 손실의 평균이다. 상기 평균 경로 손실은 경로 손실을 측정하는 구간을 변화시킴에 따라 다양한 방법으로 계산할 수 있다.
단계 S110에서 단말은 채널 상태에 따른 가중 파라미터(weighting parameter)를 결정한다. 가중 파라미터는 상기 단계 S100에서 계산한 순시 경로 손실과 평균 경로 손실을 바탕으로 후술할 단계 S120에서 조정 경로 손실을 계산함에 있어서, 상기 순시 경로 손실과 상기 평균 경로 손실의 비중을 나타내는 파라미터이다. 가중 파라미터 λ는 0과 1 사이의 값을 가질 수 있다.
단계 S120에서 단말은 상기 순시 경로 손실, 상기 평균 경로 손실 및 상기 가중 파라미터을 기반으로 조정 경로 손실(adjusted path-loss)을 계산한다.
조정 경로 손실은 수학식 3에 의해서 계산될 수 있다.
Figure pat00006
수학식 3에서 PL(t)는 조정 경로 손실, λ는 가중 파라미터, PLinstant_pathloss(t)는 순시 경로 손실, PL(t-1)은 평균 경로 손실을 나타낸다. 상기 수학식 3에서 평균 경로 손실은 시간 (t-1)에서 계산된 조정 경로 손실이다. PL(0)= PLinstant_pathloss(0)이다.
상기 수학식 3을 참조하면, 상기 λ의 값을 0에 가깝게 결정함으로써 조정 경로 손실을 계산함에 있어 평균 경로 손실의 비중을 높일 수 있다. TDD 무선 통신 시스템에서 복수의 상향링크 서브프레임이 연속되는 경우 또는 단말이 고속으로 이동하는 경우에는, 채널 상태가 급격하게 변하거나 시간 지연의 영향이 크기 때문에 순시 경로 손실보다 평균 경로 손실의 비중을 높이는 것이 바람직하다. 반면에, TDD 무선 통신 시스템에 상향링크 서브프레임이 연속되는 횟수가 적거나 단말이 저속으로 이동하는 경우에는, 시간 지연의 영향이 비교적 적고 채널 상태가 급격하게 변하지 않는다. 따라서 상기 λ를 1에 가깝게 결정하여 순시 경로 손실의 비중을 높임으로써 조정 경로 손실을 계산함에 있어 왜곡을 줄일 수 있다.
단계 S130에서 단말은 상기 조정 경로 손실을 기반으로 전력 헤드룸을 계산한다. 상기 수학식 2에 의해서 전력 헤드룸을 계산함에 있어서, PL에 상기 단계 S120에서 계산한 조정 경로 손실을 대입함으로써 전력 헤드룸을 계산할 수 있다.
단계 S140에서 단말은 상기 계산된 전력 헤드룸을 기지국으로 전송한다.
도 8은 제안된 전력 헤드룸 계산 방법에 있어서 경로 손실 계산의 일 예를 나타낸다.
도 8을 참조하면, TDD 무선 통신 시스템에서 상향링크 서브프레임이 4 서브프레임 연속으로 배치되어 있다. 이때에는 하향링크 서브프레임에서 경로 손실을 계산함에 있어서 시간 지연의 영향이 크므로, 평균 경로 손실에 보다 큰 가중치를 두어 조정 경로 손실을 계산할 수 있다. 예를 들어 λ=0.1일 수 있다. 상기 표 1을 참조하면, 구성 0, 3 및 6에서 상향링크 서브프레임이 3 서브프레임 연속으로 배치되므로, λ값을 0에 가깝도록 결정하여 조정 경로 손실을 계산할 수 있다.
도 9는 제안된 전력 헤드룸 계산 방법에 있어서 경로 손실 계산의 또 다른 예를 나타낸다.
도 9를 참조하면, TDD 무선 통신 시스템에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임이 1 서브프레임씩 번갈아 가면서 배치된다. 이때에는 하향링크 서브프레임에서 경로 손실을 계산함에 있어서 시간 지연의 영향이 비교적 작다. 따라서 조정 경로 손실을 계산할 때 순시 경로 손실에 비중을 크게 두어 계산할 수 있다. 예를 들어 λ=0.9일 수 있다. 상기 표 1을 참조하면, 구성 2 및 5에서 상향링크 서브프레임이 연속되어 배치되지 않으므로, λ값을 1에 가깝도록 결정하여 조정 경로 손실을 계산할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예가 구현되는 단말을 나타내는 블록도의 일 예이다. 단말(800)은 프로세서(810; processor), 메모리(820; memory) 및 RF부(830; Radio frequency unit)를 포함한다.
도 10을 참조하면, 프로세서(810)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 프로세서(810)는 단말과 기지국 간의 순시 경로 손실 및 평균 경로 손실을 계산하고, 채널 상태에 따른 가중 파라미터를 결정하고, 상기 순시 경로 손실, 상기 평균 경로 손실 및 상기 가중 파라미터를 기반으로 조정 경로 손실을 계산하고, 상기 조정 경로 손실을 기반으로 전력 헤드룸을 계산하고, 상기 전력 헤드룸을 기지국으로 전송한다. 메모리(820)는 프로세서(810)와 연결되어, 프로세서(810)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(830)는 프로세서(810)와 연결되어, 무선 신호를 송신 및/또는 수신한다.
프로세서(810)은 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(820)는 ROM(Read-Only Memory), RAM(Random Access Memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부(830)은 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(820)에 저장되고, 프로세서(810)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(820)는 프로세서(810) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(810)와 연결될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예가 구현되는 단말을 나타내는 블록도의 또 다른 예이다. 단말(900)은 경로 손실 계산부(910), 전력 헤드룸 계산부(920) 및 전력 헤드룸 전송부(930)를 포함한다.
도 11을 참조하면, 경로 손실 계산부(910) 및 전력 헤드룸 계산부(920)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 경로 손실 계산부(910)는 단말과 기지국 간의 순시 경로 손실 및 평균 경로 손실을 계산하고, 채널 상태에 따른 가중 파라미터를 결정하고, 상기 순시 경로 손실, 상기 평균 경로 손실 및 상기 가중 파라미터를 기반으로 조정 경로 손실을 계산한다. 전력 헤드룸 계산부(920)는 상기 조정 경로 손실을 기반으로 전력 헤드룸을 계산한다. 전력 헤드룸 전송부(930)는 상기 전력 헤드룸을 기지국으로 전송한다.
경로 손실 계산부(910) 및 전력 헤드룸 계산부(9200는 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 전력 헤드룸 전송부(930)은 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 경로 손실 계산부(910) 및 전력 헤드룸 계산부(920)에 의해 실행될 수 있다. 경로 손실 계산부(910) 및 전력 헤드룸 계산부(920)는 상기 도 10의 프로세서(810)의 일부일 수 있다. 전력 헤드룸 전송부(930)는 상기 도 10의 RF부(830)의 일부일 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. TDD 무선 통신 시스템에서 단말에 의해 수행되는 전력 헤드룸 전송 방법에 있어서,
    단말과 기지국 간의 순시 경로 손실(instant path-loss) 및 평균 경로 손실(average path-loss)을 계산하고,
    채널 상태에 따른 가중 파라미터(weighting parameter)를 결정하고,
    상기 순시 경로 손실, 상기 평균 경로 손실 및 상기 가중 파라미터를 기반으로 조정 경로 손실(adjusted path-loss)을 계산하고,
    상기 조정 경로 손실을 기반으로 전력 헤드룸을 계산하고,
    상기 전력 헤드룸을 기지국으로 전송하는 것을 포함하는 전력 헤드룸 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중 파라미터는 0과 1 사이의 값 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중 파라미터는 상기 TDD 무선 통신 시스템의 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임의 구성에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가중 파라미터는 상기 상향링크 서브프레임이 연속되는 횟수에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중 파라미터는 상기 단말의 이동 속도에 따라 변화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조정 경로 손실은 아래의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure pat00007

    단, λ는 상기 가중 파라미터, PLinstant _ pathloss(t)는 상기 순시 경로 손실, PL(t-1)은 상기 평균 경로 손실이다.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 헤드룸은 아래의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure pat00008

    단, PCMAX는 미리 설정된 단말의 최대 전송 전력이다. MPUSCH(i)는 i번째 서브프레임에서 PUSCH로 할당된 대역폭의 크기를 자원 블록의 개수로 나타낸 것이다. PL은 단말에서 계산된 하향링크 경로 손실(path-loss)의 예상치이다. PO _ PUSCH(j), α(j), ΔTF(i)는 상위 계층(higher layer)에 의해 제공되는 값이다. f(i)는 현재 i번째 서브프레임에서의 PUSCH 전력 제어 조정 상태를 나타낸다.
  8. TDD 무선 통신 시스템에서,
    신호를 송수신하는 RF부; 및
    상기 RF부와 연결된 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는 단말과 기지국 간의 순시 경로 손실(instant path-loss) 및 평균 경로 손실(average path-loss)을 계산하고,
    채널 상태에 따른 가중 파라미터(weighting parameter)를 결정하고,
    상기 순시 경로 손실, 상기 평균 경로 손실 및 상기 가중 파라미터에 따라 조정 경로 손실(adjusted path-loss)을 계산하고,
    상기 조정 경로 손실을 기반으로 전력 헤드룸을 계산하고,
    상기 전력 헤드룸을 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 단말.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 조정 경로 손실은 아래의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 단말.
    Figure pat00009

    단, λ는 상기 가중 파라미터, PLinstant _ pathloss(t)는 상기 순시 경로 손실, PL(t-1)은 상기 평균 경로 손실이다.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 전력 헤드룸은 아래의 수학식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 단말.
    Figure pat00010

    단, PCMAX는 미리 설정된 단말의 최대 전송 전력이다. MPUSCH(i)는 i번째 서브프레임에서 PUSCH로 할당된 대역폭의 크기를 자원 블록의 개수로 나타낸 것이다. PL은 단말에서 계산된 하향링크 경로 손실(path-loss)의 예상치이다. PO _ PUSCH(j), α(j), ΔTF(i)는 상위 계층(higher layer)에 의해 제공되는 값이다. f(i)는 현재 i번째 서브프레임에서의 PUSCH 전력 제어 조정 상태를 나타낸다.
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