KR20120129632A - 무선통신시스템에서 전력 제어 방법 및 장치 - Google Patents

무선통신시스템에서 전력 제어 방법 및 장치 Download PDF

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KR20120129632A
KR20120129632A KR1020110048004A KR20110048004A KR20120129632A KR 20120129632 A KR20120129632 A KR 20120129632A KR 1020110048004 A KR1020110048004 A KR 1020110048004A KR 20110048004 A KR20110048004 A KR 20110048004A KR 20120129632 A KR20120129632 A KR 20120129632A
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Abstract

본 발명은 무선통신시스템의 기지국 및 그 전력 제어 방법에 관한 것으로, 이동 단말로부터 채널 상태에 관한 정보를 수신하는 단계와; 상기 채널 상태에 관한 정보를 이용하여 상기 이동 단말의 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보를 산출하는 단계와; 상기 산출된 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보에 기초하여 상기 이동 단말에 대한 송신전력을 제어하는 단계를 포함하는 무선통신시스템의 기지국 및 그 전력 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 단말로부터 다운 링크의 채널 상태에 관한 정보를 수신하는 단계와; 상기 단말의 다운링크 채널 상태를 판단하는 단계와; 상기 단말의 다운링크 채널 상태가 정해진 임계값 이상인 경우, 다운링크 채널의 송신전력을 감소시키는 단계를 포함하는 기지국의 전력제어방법을 제공한다.

Description

무선통신시스템에서 전력 제어 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING POWER IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선통신시스템에서 전력 제어 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 무선 통신 시스템에서 단말의 통신 환경에 따라 전력을 제어하는 전력 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선통신 시스템 규격에서는 변조(Modulation) 차수에 따라 송신 신호의 오류 벡터 크기(Error Vector Magnitude : EVM)에 대한 요구 기준을 제시하고 있다. 여기서, 오류 벡터 크기란 송신 신호의 요구 품질을 나타내는 지표로서, 무선 신호 증폭기(Radio Frequency Amplifier)의 출력 신호에 대해서 기준 파형(Reference Waveform)과 측정된 파형(Measured Waveform)의 차이를 나타내는 것이다.
일반적으로 무선 통신 시스템에서 상기 오류 벡터 크기가 작으면 작을수록 전송 신호의 품질은 좋아지나 이에 따라 기지국에서 증폭기의 구현 비용이 증가하므로, 일반적으로 규격에서 요구하는 오류 벡터 크기를 만족하는 수준에서 구현이 된다. 예를 들면, 3GPP LTE 규격에서는 QPSK 17.5%, 16-QAM 12.5%, 64-QAM 8% 이하의 오류 벡터 크기를 달성하도록 규정하고 있다.
오류 벡터 크기는 기지국의 최대 출력 운용시에 요구 조건이 충족되어야 하는데, 증폭기를 낮은 출력으로 운용하면 증폭기의 선형성이 개선되어 오류 벡터 크기가 낮아질 수 있으나, 출력이 낮으므로 기지국의 커버리지가 감소되며, 다운 링크 신호의 품질이 저하된다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 오류 벡터 크기의 요구 조건을 충족시키면서 기지국의 커버리지 감소를 방지할 수 있는 전력 제어 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 오류 벡터 크기를 낮추면서 다운 링크 채널의 품질 저하를 방지할 수 있는 전력 제어 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 무선 통신 시스템에서 오류 벡터 크기와 다운 링크 채널의 품질을 고려하여 송신 전력을 제어하는 전력 제어 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 이동 단말로부터 채널 상태에 관한 정보를 수신하는 단계와; 상기 채널 상태에 관한 정보를 이용하여 상기 이동 단말의 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보를 산출하는 단계와; 상기 산출된 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보에 기초하여 상기 이동 단말에 대한 송신전력을 제어하는 단계를 포함하는 기지국의 전력제어방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 단말로부터 다운 링크의 채널 상태에 관한 정보를 수신하는 단계와; 상기 단말의 다운링크 채널 상태를 판단하는 단계와; 상기 단말의 다운링크 채널 상태가 정해진 임계값 이상인 경우, 다운링크 채널의 송신전력을 감소시키는 단계를 포함하는 기지국의 전력제어방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 이동 단말로부터 채널 상태에 관한 정보를 수신하는 수신부와; 상기 이동 단말에 신호를 송신하는 송신부와; 상기 채널 상태에 관한 정보를 이용하여 상기 이동 단말의 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보를 산출하며, 상기 산출된 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보에 기초하여 상기 이동 단말에 대한 송신전력을 제어하는 제어부를 포함하는 기지국을 제공한다.
본 발명의 기지국은 이동 단말의 채널 상태에 따라서 각 이동 단말에 대한 송신전력을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 기지국은 이동단말의 채널 상태가 좋은 경우 이동 단말에 대한 송신전력을 감소하여 오류 벡터 크기를 낮춤으로써 전송 신호의 품질을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 기지국은 이동단말의 채널 상태가 좋지 않은 경우, 이동 단말에 대한 송신전력을 변경하지 않음으로써 기지국의 커버리지를 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선통신시스템을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 기지국의 전력제어방법을 나타내는 흐름도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면과 함께 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무선통신시스템(10)을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와같이, 본 실시예에 의한 무선통신시스템(10)은 단말(100), 기지국(110)등을 포함한다. 또한, 기지국(110)은 수신부(120), 송신부(130), 제어부(140)를 포함한다.
기지국(110)과 단말(100)이 통신하는 경우, 기지국(110)은 송신부(130)를 통하여 기준신호(Reference signal)를 이동단말(100)에 전송하고 이동단말(100)은 기준신호를 이용하여 다운링크 채널(downlink channel)의 상태를 판단하여 채널 상태에 관한 정보를 기지국(110)에 전송한다. 기지국(110)은 수신부(120)를 통하여 이동단말(100)로부터 다운링크 채널 상태에 관한 정보를 수신하며 수신된 다운링크 채널 상태에 관한 정보를 이용하여 각 이동단말(100)에 대한 송신 전력을 제어한다.
이동단말(100)이 기지국(110)에 전송하는 채널 상태에 관한 정보는 CQI(Channel quality indicator), RI(rank indicator), PMI(precoding matrix indicator) 등을 포함한다. 여기서, CQI는 다운링크 채널 품질을 나타내는 지표로서, 0부터 15까지의 16단계로 구분되며, 0이 가장 좋지 않은 상태, 15가 가장 좋은 상태를 나타낸다. 본 실시예에서는 소정의 문턱값 이상의 CQI를 제공하는 이동단말(100)은 강전계에 위치한 것으로 볼 수 있다. 또한, 이동단말(100)이 강전계에 위치하는 경우, 다운링크 채널 품질이 좋은 것으로 판단할 수 있다.
한편, 기지국(110)은 전체 신호 대역폭 내에서 동일한 전력 레벨로 기준신호를 전송한다. LTE 시스템을 예로 들면, 기준신호가 삽입되는 심볼 구간에서 다운링크 채널의 전력 레벨은 기준신호의 전력 레벨과 데이터신호의 전력 레벨의 상대적인 값으로 결정되며, 기준신호가 삽입되지 않는 심볼 구간에서 다운링크 채널의 전력 레벨은 예컨대, 파라미터 ρA를 이용하여 결정한다.
여기서, ρA는 기준신호에 대한 데이터 신호(data signal to reference signal)의 전력비(power ratio)로 정의되며 기지국이 시그널링을 통해 각 단말에게 제공한다. 상기 ρA는 본 발명의 실시 예에서 기지국이 다운링크 채널의 전력 제어를 위해 이용하는 파라미터 PA에 대응된다. 즉 기지국(110)의 제어부(140)는 PA 값을 이용하여 송신전력을 조절할 수 있는데, PA 값이 높아지는 경우 송신 전력 레벨이 증가하며, PA 값이 낮아지는 경우 송신 전력 레벨이 낮아진다.
본 실시예에서 기지국(110)의 제어부(140)는 다운링크 채널 품질을 보장하기 위해 이동단말(100)이 강전계에 위치하고 있는지 여부에 따라 송신 전력 레벨을 조절할 수 있다. 즉, 이동단말(100)이 강전계에 위치하는 경우 오류 벡터 크기를 감소시키기 위해 송신전력의 레벨을 감소시키며, 이동 단말(100)이 강전계를 벗어나는 경우 송신전력의 레벨을 증가시킨다.
기지국(110)의 제어부(140)는 다운링크 채널 상태를 추정하기 위해 CQI를 이용하여 다운링크 추정값인 est_cinr_dB (dB 단위)를 구하고, est_cinr_dB를 이용하여 PA 값을 조절하는데, 이하에서 구체적으로 살펴보도록 한다. 여기서 상기 cinr은 반송파 신호 대 간섭 및 잡음 비(Carrier to Interference Noise Ratio : CINR)을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 기지국(110)의 전력제어방법을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 제어부(140)는 이동 단말(100)로부터 전송된 채널 상태에 관한 정보를 수신하면(200), 채널 상태에 관한 정보에 포함된 CQI를 이용하여 이동 단말(100)의 변조차수를 고려한 부호율 값, 즉 MPR(modulation order product code rate)값을 산출한다(210). CQI값과 MPR 값의 관계는 [표 1]을 참고한다.
CQI index modulation MPR
0 out of range
1 QPSK 0.1523
2 QPSK 0.2344
3 QPSK 0.3770
4 QPSK 0.6016
5 QPSK 0.8770
6 QPSK 1.1758
7 16QAM 1.4766
8 16QAM 1.9141
9 16QAM 2.4063
10 64QAM 2.7305
11 64QAM 3.3223
12 64QAM 3.9023
13 64QAM 4.5234
14 64QAM 5.1152
15 64QAM 5.5547
MPR 값이 산출되면, 제어부(140)는 MPR 값에 k배 해서 wb_MPR 값을 산출한다(215). 이때, 이동 단말(100)로부터 제공되는 RI 값으로 결정되는 코드워드(codeword)가 복수개인 경우, 해당 코드워드에 대한 MPR 값의 합에 k배 한다. 일 예로, 코드워드가 2개인 경우, 이동 단말로부터 2개의 CQI 값이 제공되며, 각 CQI 값을 이용하여 산출된 MPR 값을 합한 후 k배 한다. 단말이 제공한 CQI 값이 14, 15인 경우, MPR 값은 5.1152, 5.5547이 되며, wb_MPR 값은 k * (5.1152 + 5.5547)이 된다.
wb_MPR 값이 산출되면 제어부(140)는 일정 주기(T1) 마다 [수식 1]을 이용하여 wb_MPR 값의 평균 값(avg_wb_MPR)을 산출한다(220). 이때, wb_MPR 값의 평균 값을 계산하기 위해 예컨대, IIR(Infinite impulse response) filtering을 이용할 수 있다.
[수식 1]
avg_wb_MPR(new) = (1-a)*avg_wb_MPR(old) + a*wb_MPR(new)
여기서, avg_wb_MPR(new)는 새롭게 계산되는 wb_MPR 값의 평균값을 나타내며, avg_wb_MPR(old)는 avg_wb_MPR(new) 전의 wb_MPR 값의 평균값을 나타내고, wb_MPR(new)는 avg_wb_MPR(old)가 산출된 이후의 wb_MPR 값을 나타낸다. 또한, a는 IIR filtering 시에 사용되는 계수이며 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128, 1/256, 1/512, 1/1024 등을 이용할 수 있다.
avg_wb_MPR 값이 산출되면, 제어부(140)는 avg_wb_MPR 값을 이용하여 일정주기(T2) 마다 이동 단말(110)에 대한 다운링크 CINR(Carrier to interference ratio)의 dB 단위 추정치인 est_cinr_ dB 을 산출한다(225). 일 예로 est_cinr_dB 값은 수식 2를 이용하여 산출할 수 있다.
[수식 2]
est_cinr_dB = avg_wb_MPR*r1 - r2
여기서, r1 및 r2는 안테나 포트의 개수(# of antenna ports) 및 RI와 관련하여 정할 수 있는데, 일 예로 다음과 같이 정할 수 있다.
i) if # of antenna ports == 1, r1 = 0.0061, r2 = 3.0574
ii) if # of antenna ports == 2 && RI == 0, r1 = 0.0050, r2 = 5.2389
iii) if # of antenna ports == 2 && RI == 1, r1 = 0.0034, r2 = 3.0063
est_cinr_dB 값이 산출되면, 제어부(140)는 est_cinr_dB 값과 소정의 문턱값을 비교하여 PA 값을 조정한다. 즉, 기지국(110)과 이동 단말(100)이 통신 접속하면, PA 값이 설정되는데, est_cinr_dB 값이 제1 문턱값 보다 큰 경우에는(230의 예), 이동 단말(100)이 강전계에 위치하고 있는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 PA 값이 조정되지 않은 경우(235의 아니오) PA 값을 조정하는데, 일예로 PA 값을 미리 설정된 값 보다 작도록 정해진 값만큼 감소시킨다(240). 반면, PA 값이 이미 조정된 경우(235의 예)에는 조정된 PA 값을 유지한다(245). 여기서, 미리 설정된 값은 예를 들어 단말의 호 접속 후 설정되는 PA 의 기본값을 이용할 수 있다. 이하에서는 기본값을 미리 설정된 값으로 본다. 또한, 제1 문턱값은 기지국이 송신전력 레벨을 감소시켜도 다운링크 채널 품질을 보장할 수 있는 정도를 고려하여 설정할 수 있다.
한편, 도 2에서 est_cinr_dB 값이 제1 문턱값 보다 작은 경우에(230의 아니오) 제어부(140)는 PA 값을 조정하는데, est_cinr_dB 값과 제1 문턱값과의 차이가 크지 않아 PA 값의 조정이 필요가 없는 경우가 있다. 이를 위해 제어부(140)는 다수의 문턱값을 이용하여 PA 값을 조정할 수 있다. 일 예로, 제1 문턱값 및 제1 문턱값 보다 작은 제2 문턱값을 설정하고, est_cinr_dB 값이 제2 문턱값 보다 큰 경우에는(250의 아니오) PA 값을 유지하며(255), est_cinr_dB 값이 제2 문턱값 보다 작은 경우에는(250의 예) PA 값이 기본값 인지 판단하여 PA 값을 조정한다. 즉, PA 값이 기본값인 경우(260의 예) PA 값을 유지하며(270), PA 값이 기본값이 아닌 경우(260의 아니오) PA 값을 기본값으로 조정한다(265). PA 값을 기본값으로 조정하는 것은 일예로 감소된 PA 값을 증가하여 조정할 수 있다.
제1 문턱값 및 제2 문턱값은 잦은 PA 값의 빈번한 변경을 방지하기 위해 제1 문턱값과 제2 문턱값의 차이를 적정한 범위로 설정할 수 있다. 또한, est_cinr_dB 값과 제2 문턱값을 비교하여 PA 값을 조정하는 과정은 PA 값의 빈번한 변경을 방지하기 위한 것으로, 선택적으로 수행될 수 있다. 따라서, 제어부(140)는 est_cinr_dB 값이 제1 문턱값 보다 작은 경우(230의 아니오) PA 값을 기본값으로 조정하기 위해 PA 값의 조정여부에 따라 PA 값을 변경할 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 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 무선통신시스템 100: 이동단말
110: 기지국 120: 수신부
130: 송신부 140: 제어부

Claims (13)

  1. 무선통신 시스템의 기지국의 전력제어방법에 있어서,
    이동 단말로부터 채널 상태에 관한 정보를 수신하는 단계와;
    상기 채널 상태에 관한 정보를 이용하여 상기 이동 단말의 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보를 산출하는 단계와;
    상기 산출된 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보에 기초하여 상기 이동 단말에 대한 송신전력을 제어하는 단계를 포함하는 기지국의 전력제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 상태에 관한 정보는 CQI, RI 또는 PMI 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국의 전력제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는
    상기 이동단말로부터 수신된 CQI를 이용하여 상기 이동단말의 제1 변조차수를 고려한 부호율을 산출하는 단계와;
    상기 제1 변조차수를 고려한 부호율에 소정의 값을 곱하여 제2 변조차수를 고려한 부호율을 산출하는 단계와;
    상기 제2 변조차수를 고려한 부호율을 평균하여 제3 변조차수를 고려한 부호율을 산출하는 단계를 포함하는 기지국의 전력제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 변조차수를 고려한 부호율을 산출하는 단계는
    기 산출된 제2 변조차수를 고려한 부호율과 새롭게 산출되는 제2 변조차수를 고려한 부호율을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 기지국의 전력제어방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이동 단말에 대한 송신전력을 제어하는 단계는
    상기 제3변조차수를 고려한 부호율를 이용하여 채널 품질을 추정하는 추정값을 산출하는 단계와;
    상기 추정값과 소정의 제1 문턱값을 비교하여 상기 추정값이 상기 제1 문턱값 보다 큰 경우 상기 이동 단말에 대한 송신전력의 조정여부를 확인하는 단계와;
    상기 송신전력이 조정된 경우, 조정된 송신전력을 유지하는 단계와;
    상기 송신전력이 조정되지 않은 경우 상기 송신전력을 조정하는 단계를 포함하는 기지국의 전력제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 송신전력을 제어하는 단계는
    상기 추정값과 소정의 제1 문턱값을 비교하여 상기 추정값이 상기 제1 문턱값 보다 작은 경우, 상기 추정값이 상기 제1 문턱값 보다 작은 제2 문턱값과 비교하여 상기 추정값이 상기 제2 문턱값 보다 큰 경우, 상기 송신전력을 유지하는 단계와;
    상기 추정값이 상기 제2 문턱값 보다 작은 경우, 상기 송신전력의 조정 여부를 판단하여 상기 송신전력이 조정된 경우 상기 송신전력을 조정 전으로 변경하는 단계와;
    상기 송신전력이 조정되지 않은 경우, 상기 송신전력을 유지하는 단계를 포함하는 기지국의 전력제어방법.
  7. 무선통신 시스템의 기지국에 있어서,
    이동 단말로부터 채널 상태에 관한 정보를 수신하는 수신부와;
    상기 이동 단말에 신호를 송신하는 송신부와;
    상기 채널 상태에 관한 정보를 이용하여 상기 이동 단말의 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보를 산출하며, 상기 산출된 변조차수를 고려한 부호율에 관한 정보에 기초하여 상기 이동 단말에 대한 송신전력을 제어하는 제어부를 포함하는 기지국.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 채널 상태에 관한 정보는 CQI, RI 또는 PMI 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 이동단말로부터 수신된 CQI를 이용하여 상기 이동단말의 제1 변조차수를 고려한 부호율을 산출하고, 상기 제1 변조차수를 고려한 부호율에 소정의 값을 곱하여 제2 변조차수를 고려한 부호율을 산출하며, 상기 제2 변조차수를 고려한 부호율을 평균하여 제3 변조차수를 고려한 부호율을 산출하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 기 산출된 제2 변조차수를 고려한 부호율과 새롭게 산출되는 제2 변조차수를 고려한 부호율을 이용하여 상기 제3 변조차수를 고려한 부호율을 산출하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제3변조차수를 고려한 부호율를 이용하여 채널 품질을 추정하는 추정값을 산출하고, 상기 추정값과 소정의 제1 문턱값을 비교하여 상기 추정값이 상기 제1 문턱값 보다 큰 경우 상기 이동 단말에 대한 송신전력의 조정여부를 확인하며, 상기 송신전력이 조정된 경우 조정된 송신전력을 유지하도록하며, 상기 송신전력이 조정되지 않은 경우 상기 송신전력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 기지국.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 추정값과 소정의 제1 문턱값을 비교하여 상기 추정값이 상기 제1 문턱값 보다 작은 경우, 상기 추정값이 상기 제1 문턱값 보다 작은 제2 문턱값과 비교하여 상기 추정값이 상기 제2 문턱값 보다 큰 경우, 상기 송신전력을 유지하도록 하며,
    상기 추정값이 상기 제2 문턱값 보다 작은 경우, 상기 송신전력의 조정 여부를 판단하여 상기 송신전력이 조정된 경우 상기 송신전력을 조정 전으로 변경하도록 하고, 상기 송신전력이 조정되지 않은 경우, 상기 송신전력을 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  13. 무선통신 시스템의 기지국의 전력제어방법에 있어서,
    단말로부터 다운 링크의 채널 상태에 관한 정보를 수신하는 단계와;
    상기 단말의 다운링크 채널 상태를 판단하는 단계와;
    상기 단말의 다운링크 채널 상태가 정해진 임계값 이상인 경우, 다운링크 채널의 송신전력을 감소시키는 단계를 포함하는 기지국의 전력제어방법.
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