KR20130004911A - 상향링크 전력 제어 상태를 보고하기 위한 단말 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

상향링크 전송 전력을 제어하는 단말 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 상향링크 전력 제어 상태를 보고하기 위한 단말 장치에서, 수신 안테나는 기지국으로부터 상기 단말에 대한 하나 이상의 상향링크 전송 전력 제어 파라미터를 포함하는 제 1 메시지를 수신한다. 프로세서는 상기 제 1 메시지를 통해 수신한 상기 하나 이상의 상향링크 전력 제어 파라미터가 갱신되었는지 여부를 결정한다. 송신 안테나는 상기 하나 이상의 상향링크 전력 제어 파라미터가 갱신되었는지 여부를 나타내는 제 1 지시자를 포함하는 제 2 메시지를 상기 기지국으로 전송한다.

Description

상향링크 전력 제어 상태를 보고하기 위한 단말 장치 및 그 방법{TERMINAL FOR REPORTING AN UPLINK POWER CONTROL STATE, AND METHOD FOR SAME}

본 발명은 무선통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상향링크 전력 제어 상태를 보고하기 위한 단말 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

광대역 무선 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM), 직교 주파수 분할 다중화 접속 (Orthogonal Frequency Division Multiple Access, OFDMA) 방식에 기반하고 있으며, 다수의 부반송파들을 이용하여 물리채널 신호를 송신함으로써 고속 데이터 전송이 가능하다.

무선 통신 시스템에서 데이터의 수신 및 복조를 위해서는 송신기 및 수신기 간에 동기화하는 것이 필요하다. 특히 기지국과 단말 간의 채널 환경이 지속적으로 변하는 무선 통신 시스템에서, 성공적인 데이터의 송신 및 수신을 위해서는 기지국 및 단말 간에 시그널링(signaling)을 통해 동기를 맞추어야 한다. 하향링크에서는 기지국이 여러 단말들에게 하나의 기준 타이밍으로 일괄 송신하므로 문제가 되지 않으나, 상향링크에서는 여러 단말들이 제각각 송신하여 각각의 신호가 동일하지 않게 도착하므로 전파 지연이 다르게 나타날 수 있다. 이를 위한 별도의 타이밍 동기화 방법이 필요하게 되는데 이것이 바로 레인징(Ranging)이다. 즉, 여러 단말이 송신 시간에 대한 동기를 올바르게 조정할 수 있게 하기 위한 절차이다.

다수의 단말들은 기지국에서 전송하는 데이터 프레임과 하향링크 동기를 맞춘다. 단말들이 동기를 맞출 수 있도록 하기 위한 하나의 방식으로 기지국은 전송하는 프레임의 일부에 동기화를 위한 프리앰블(preamble)을 삽입할 수 있다. 이와 같이 단말들은 프리앰블을 통해 하향링크 채널에 대한 동기를 맞춘다. 또는 기지국은 별도의 동기화 채널(synchronization channel)을 이용할 수 있다.

상향링크에서는 각 단말이 자신에게 할당된 시간 및/또는 주파수 영역을 통해 기지국으로 데이터를 전송해야 단말 간 간섭을 피하고 기지국이 데이터를 수신할 수 있다. 따라서, 상향링크 동기를 위해서는 각 단말의 채널환경을 고려하여, 기지국 및 단말 간에 시그널링을 통해 동기를 조정할 필요가 있다.

초기 레인징(initial ranging) 과정은 단말과 기지국 간의 정확한 타이밍 옵셋(timing offset)을 얻고, 초기에 전송전력을 조정하기 위한 과정이다. 단말의 전원이 온(ON)되면, 단말은 수신되는 하향링크 프리앰블 신호로부터 하향링크 동기를 획득한다. 이어서, 단말은 상향링크 타이밍 오프셋과 전송 전력을 조정하기 위해 초기 레인징을 수행한다. 초기 레인징과 달리 주기적 레인징(periodic ranging)은 초기 레인징 후에 상향링크 타이밍 오프셋과 수신신호 강도를 주기적으로 추적하는(track) 과정이다. 그 외에 단말이 기지국에 대역폭을 요구하는 목적의 대역폭 요청 레인징(Bandwidth Request Ranging)과 단말이 핸드오버 동안 다른 기지국과의 동기화를 위해 단말에 의해 수행되는 핸드오버 레인징(Handover Ranging) 과정이 있다.

핸드오버 레인징은 이동하는 단말이 타겟 기지국으로 핸드오버를 수행하기 위해 필요한 과정이다. 핸드오버 레인징은 단말과 타겟 기지국이 망 진입/재진입을 위한 관리 메시지 송수신 절차를 수행하기 위해 비경쟁 방식의 초기 레인징 전송 기회를 획득할 수도 있다는 점을 제외하고는 초기 레인징과 같다. 단말은 서빙 기지국 ID와 레인징 목적 지시자(indicator) 정보를 레인징 요청 메시지에 포함함으로써 현재 핸드오버를 수행하고 있다는 것을 타겟 기지국에게 알릴 수 있다. 이 경우 타겟 기지국이 해당 단말의 정보를 백본을 통해 미리 수신하지 못하였다면, 타겟 기지국은 백본을 통해 기지국에게 단말의 정보를 요청할 수도 있다.

초기 레인징 또는 핸드오버 레인징 수행 후에 단말이 기지국에 레인징을 요청하는 메시지를 전송하는데 관련된 전송 전력 파라미터들을 모두 수신하는데에는 시간이 많이 소요된다. 따라서 단말이 레인징 요청 메시지를 전송하는데 사용되는 전력값을 결정하기 위해 새로운 방법이 필요하게 되었지만 아직까지 구체적으로 제시된 바가 없었다. 또한, 초기 레인징 또는 핸드오버 레인징 수행 후에 단말이 상향링크 전력 제어 상태를 보고하는 방법 등에 대해 전혀 연구된 바가 없었다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 단말이 상향링크 전력 제어 상태를 보고하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상향링크 전력 제어 상태를 보고하기 위한 단말 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 상기 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 단말이 상향링크 전력 제어 상태를 보고하는 방법은, 기지국으로부터 상기 단말에 대한 하나 이상의 상향링크 전송 전력 제어 파라미터를 포함하는 제 1 메시지를 수신하는 단계; 및 상기 제 1 메시지를 통해 수신한 상기 하나 이상의 상향링크 전력 제어 파라미터를 갱신하였는지 여부를 나타내는 제 1 지시자를 포함하는 제 2 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제 1 지시자는 상향링크 전력 제어(UpLink Power Control, ULPC) 파라미터 갱신(updating) 지시자로 표현되며, 상기 제 2 메시지는 상향링크 전력 상태 보고 헤더 포맷으로 전송될 수 있다.

상기 제 1 메시지는 AAI-SCD(Advanced Air Interface-System Configuration Descriptor)로 표현되며, 상기 제 1 지시자는 1 비트 크기에 해당한다.

상기의 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 상향링크 전력 제어 상태를 보고하기 위한 단말 장치는, 기지국으로부터 상기 단말에 대한 하나 이상의 상향링크 전송 전력 제어 파라미터를 포함하는 제 1 메시지를 수신하는 수신 안테나; 상기 제 1 메시지를 통해 수신한 상기 하나 이상의 상향링크 전력 제어 파라미터가 갱신되었는지 여부를 결정하는 프로세서; 및 상기 하나 이상의 상향링크 전력 제어 파라미터가 갱신되었는지 여부를 나타내는 제 1 지시자를 포함하는 제 2 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 송신 안테나를 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따라, 단말은 초기 상향링크 동기를 맞추고 난 다음, 전력 제어 정보를 모두 수신받기 전 상향링크 데이터 전송에 필요한 전력 설정을 효율적으로 할 수 있다.

또한, 단말은 기지국으로부터 수신한 전력 제어 파라미터들을 수신하여 갱신하였는지 여부에 대해 기지국에 알려줌으로써 효율적인 상향링크 전력 제어가 가능하게 된다.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에서 얻은 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 무선 통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말기(110)의 구성을 도시한 블록도, 그리고,
도 2는 단말이 초기 네트워크 진입(initial network entry)을 수행하는 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 IEEE 802.16m 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, IEEE 802.16m의 특유한 사항을 제외하고는 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 Node B, eNode B, Base Station, AP(Access Point) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다.

이동 통신 시스템에서 단말(User Equipment)은 기지국으로부터 하향링크(Downlink)를 통해 정보를 수신할 수 있으며, 단말은 또한 상향링크(Uplink)를 통해 정보를 전송할 수 있다. 단말이 전송 또는 수신하는 정보로는 데이터 및 다양한 제어 정보가 있으며, 단말이 전송 또는 수신하는 정보의 종류 용도에 따라 다양한 물리 채널이 존재한다.

도 1은 무선 통신 시스템(100)에서의 기지국(105) 및 단말기(110)의 구성을 도시한 블록도이다.

무선 통신 시스템(100)을 간략화하여 나타내기 위해 하나의 기지국(105)과 하나의 단말(110)을 도시하였지만, 무선 통신 시스템(100)은 하나 이상의 기지국 및/또는 하나 이상의 단말을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 기지국(105)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(115), 심볼 변조기(120), 송신기(125), 송수신 안테나(130), 프로세서(280), 메모리(285), 수신기(290), 심볼 복조기(295), 수신 데이터 프로세서(297)를 포함할 수 있다. 그리고, 단말(110)은 송신(Tx) 데이터 프로세서(165), 심볼 변조기(275), 송신기(275), 송수신 안테나(135), 프로세서(155), 메모리(160), 수신기(140), 심볼 복조기(155), 수신 데이터 프로세서(150)를 포함할 수 있다. 송수신 안테나(130, 135)가 각각 기지국(105) 및 단말(110)에서 하나로 도시되어 있지만, 기지국(105) 및 단말(110)은 복수 개의 송수신 안테나를 구비하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 기지국(105) 및 단말(110)은 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템을 지원한다. 또한, 본 발명에 따른 기지국(105)은 SU-MIMO(Single User-MIMO) MU-MIMO(Multi User-MIMO) 방식 모두를 지원할 수 있다.

하향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(115)는 트래픽 데이터를 수신하고, 수신한 트래픽 데이터를 포맷하여, 코딩하고, 코딩된 트래픽 데이터를 인터리빙하고 변조하여(또는 심볼 매핑하여), 변조 심볼들("데이터 심볼들") 을 제공한다. 심볼 변조기(120)는 이 데이터 심볼들과 파일럿 심볼들을 수신 및 처리하여, 심볼들의 스트림을 제공한다.

심볼 변조기(120)는, 데이터 및 파일럿 심볼들을 다중화하여 이를 송신기(125)로 전송한다. 이때, 각각의 송신 심볼은 데이터 심볼, 파일럿 심볼, 또는 제로의 신호 값일 수도 있다. 각각의 심볼 주기에서, 파일럿 심볼들이 연속적으로 송신될 수도 있다. 파일럿 심볼들은 주파수 분할 다중화(FDM), 직교 주파수 분할 다중화(OFDM), 시분할 다중화(TDM), 또는 코드 분할 다중화(CDM) 심볼일 수 있다.

송신기(125)는 심볼들의 스트림을 수신하여 이를 하나 이상의 아날로그 신호들로 변환하고, 또한, 이 아날로그 신호들을 추가적으로 조절하여(예를 들어, 증폭, 필터링, 및 주파수 업 컨버팅(upconverting) 하여, 무선 채널을 통한 송신에 적합한 하향링크 신호를 발생시킨다. 그러면, 송신 안테나(130)는 발생된 하향링크 신호를 단말로 전송한다.

단말(110)의 구성에서, 수신 안테나(135)는 기지국으로부터의 하향링크 신호를 수신하여 수신된 신호를 수신기(140)로 제공한다. 수신기(140)는 수신된 신호를 조정하고(예를 들어, 필터링, 증폭, 및 주파수 다운컨버팅(downconverting)), 조정된 신호를 디지털화하여 샘플들을 획득한다. 심볼 복조기(145)는 수신된 파일럿 심볼들을 복조하여 채널 추정을 위해 이를 프로세서(155)로 제공한다.

또한, 심볼 복조기(145)는 프로세서(155)로부터 하향링크에 대한 주파수 응답 추정치를 수신하고, 수신된 데이터 심볼들에 대해 데이터 복조를 수행하여, (송신된 데이터 심볼들의 추정치들인) 데이터 심볼 추정치를 획득하고, 데이터 심볼 추정치들을 수신(Rx) 데이터 프로세서(150)로 제공한다. 수신 데이터 프로세서 (150)는 데이터 심볼 추정치들을 복조(즉, 심볼 디-매핑(demapping))하고, 디인터리빙(deinterleaving)하고, 디코딩하여, 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

심볼 복조기(145) 및 수신 데이터 프로세서(150)에 의한 처리는 각각 기지국(105)에서의 심볼 변조기(120) 및 송신 데이터 프로세서(115)에 의한 처리에 대해 상보적이다.

단말(110)은 상향링크 상에서, 송신 데이터 프로세서(165)는 트래픽 데이터를 처리하여, 데이터 심볼들을 제공한다. 심볼 변조기(170)는 데이터 심볼들을 수신하여 다중화하고, 변조를 수행하여, 심볼들의 스트림을 송신기(175)로 제공할 수 있다. 송신기(175)는 심볼들의 스트림을 수신 및 처리하여, 상향링크 신호를 발생시킨다. 그리고 송신 안테나(135)는 발생된 상향링크 신호를 기지국(105)으로 전송한다.

기지국(105)에서, 단말(110)로부터 상향링크 신호가 수신 안테나(130)를 통해 수신되고, 수신기(190)는 수신한 상향링크 신호를 처리되어 샘플들을 획득한다. 이어서, 심볼 복조기(195)는 이 샘플들을 처리하여, 상향링크에 대해 수신된 파일럿 심볼들 및 데이터 심볼 추정치를 제공한다. 수신 데이터 프로세서(197)는 데이터 심볼 추정치를 처리하여, 단말(110)로부터 전송된 트래픽 데이터를 복구한다.

단말(110) 및 기지국(105) 각각의 프로세서(155, 180)는 각각 단말(110) 및 기지국(105)에서의 동작을 지시(예를 들어, 제어, 조정, 관리 등)한다. 각각의 프로세서들(155, 180)은 프로그램 코드들 및 데이터를 저장하는 메모리 유닛(160, 185)들과 연결될 수 있다. 메모리(160, 185)는 프로세서(180)에 연결되어 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션, 및 일반 파일(general files)들을 저장한다.

프로세서(155, 280)는 컨트롤러(controller), 마이크로 컨트롤러(microcontroller), 마이크로 프로세서(microprocessor), 마이크로 컴퓨터(microcomputer) 등으로도 호칭될 수 있다. 한편, 프로세서(155, 180)는 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어를 이용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 경우에는, 본 발명을 수행하도록 구성된 ASICs(application specific integrated circuits) 또는 DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays) 등이 프로세서(155, 180)에 구비될 수 있다.

한편, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 본 발명의 실시예들을 구현하는 경우에는 본 발명의 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어가 구성될 수 있으며, 본 발명을 수행할 수 있도록 구성된 펌웨어 또는 소프트웨어는 프로세서(155, 180) 내에 구비되거나 메모리(160, 185)에 저장되어 프로세서(155, 180)에 의해 구동될 수 있다.

단말과 기지국이 무선 통신 시스템(네트워크) 사이의 무선 인터페이스 프로토콜의 레이어들은 통신 시스템에서 잘 알려진 OSI(open system interconnection) 모델의 하위 3개 레이어를 기초로 제 1 레이어(L1), 제 2 레이어(L2), 및 제 3 레이어(L3)로 분류될 수 있다. 물리 레이어는 상기 제 1 레이어에 속하며, 물리 채널을 통해 정보 전송 서비스를 제공한다. RRC(Radio Resource Control) 레이어는 상기 제 3 레이어에 속하며 UE와 네트워크 사이의 제어 무선 자원들을 제공한다. 단말, 기지국은 무선 통신 네트워크와 RRC 레이어를 통해 RRC 메시지들을 교환할 수 있다.

이하에서 이동통신 시스템의 일 예인 IEEE 802.16m 시스템에서 단말이 다음 수학식 1을 이용하여 상향링크 전송 전력을 결정하는 방법에 대해 간단히 설명한다. 일반적으로, 단말은 상향링크 신호를 전송할 때 상향링크 전송 전력값을 결정할 필요가 있다.

여기서, P는 현재 전송에 대한 부반송파 및 스트림 별로의 전송 전력 레벨(dBm 단위)을 나타내고, L은 단말에 의해 추정된 현재의 평균 하향링크 전파 손실(propagation loss)을 나타낸다. L은 단말의 송신 안테나 이득 및 경로 손실(path loss)를 포함하고 있다. SINR_Target은 단말이 기지국으로부터 수신한 타겟 상향링크 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio) 값이다. NI는 기지국에서 추정한 부반송파 별(per subcarrier) 평균 잡음 및 간섭 레벨(dBm 단위)로서, 단말이 기지국으로부터 수신하는 값이다. Offset(옵셋)은 단말 별로의 전력 옵셋을 위한 보정 항목(term)이다. 이 옵셋값은 기지국으로부터 전력 제어 메시지를 통해 전송되며, 두 가지 종류의 옵셋 값이 존재하는데 하나는 데이터 전송에 사용되는 옵셋값인 Offsetdata, 제어 정보 전송을 위해 사용되는 옵셋값인 Offsetcontrol가 있다.

상기 수학식 1을 적용하는 데 있어서, 단말은 제어 정보를 전송하는 제어 채널의 경우 해당 제어 채널에 대응하는 타겟 신호대 잡음 및 간섭비(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR) 값을 사전에 정의된 다음 표 1을 이용하여 바로 적용가능하다.

그러나, 단말이 데이터를 전송하는 경우에는 다음 수학식 2를 이용하여 타겟 SINR 값을 설정할 필요가 있다.

여기서, SINR_MIN(dB)는 기지국에서 요구하는 최소 SINR값으로, 유니캐스트 전력 제어 메시지로 설정되는 값이다. SINR_MIN는 4 비트로 표현되며, 그 값은 예를 들어, {-∞, -3, -2.5, -1, 0, 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5} 중에서 하나의 값이 될 수 있다. SIR_DL는 단말이 측정한 하향링크 신호 대 간섭 전력의 비율을 의미한다.

γ_IoT는 공평(fairness) 및 IoT 제어 계수(factor)이고 기지국이 단말로 방송해 준다. Alpha(α)는 기지국에서 수신 안테나의 수에 따른 계수이고, MAC 전력 제어 모드 시그널링으로서 3비트로 시그널링되며, 이때 값은 예를 들어, {1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 0}와 같은 값으로 표현될 수 있다. Beta(β)는 1 비트의 MAC 전력 제어 모드 시그널링으로 0 또는 1로 설정될 수 있다.

TNS는 UL-A-MAP IE에 의해 지시되는 LRU(Logical Resource Unit)에서의 총 스트림 수 이다. SU-MIMO(Single User-MIMO)의 경우에, 이 값은 Mt로 설정되는데 Mt는 사용자 별 스트림 수이다. CSM의 경우, 이 값은 TNS로 설정되고 총 스트림 수이다. 제어 채널 전송의 경우에, 이 값은 1로 설정될 수 있다.

이와 같이, 단말의 프로세서(155)는 L, NI, offset, SINR_Target 값을 이용하여 상향링크 전송 전력을 결정할 수 있다.

본 발명에서는 단말이 초기 레인징 또는 핸드오버 레인징 이후부터 초기 네트워크 진입 과정을 종료하는 동안 상향링크 전송에 필요한 전력 설정 방법을 제안한다. 이 동안에는 단말이 전력 제어에 관련된 파라미터들을 수신하지 못하는 상황이 발생하기 때문에 정상적인 전력 제어(normal power control)를 적용하기 힘들다. 즉, 전력 제어 파라미터들이 포함된 메시지들의 주기 및 지연, 오류에 의한 미검출(misdetection) 등의 이유로 단말이 이 기간동안 전력 제어를 수행하는데 어려움이 있다. 이하에서는 이를 해결할 방법에 대해 설명한다.

도 2는 단말이 초기 네트워크 진입(initial network entry)을 수행하는 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 단말은 기지국으로 초기 레인징 또는 핸드오버 레인징을 전송한다(S210)(이하에서는 단말이 초기 레인징을 전송하는 것으로 가정하여 설명한다). 초기 레인징(initial ranging)은 단말이 기지국과 정확한 타이밍 옵셋(timing offset)을 얻고, 초기에 전송전력을 조정하기 위한 과정이다. 통상적으로 단말의 전원이 온(ON)되면, 단말은 수신되는 하향링크 프리앰블 신호로부터 하향링크 동기를 획득한다. 이어서, 단말은 상향링크 타이밍 오프셋과 전송 전력을 조정하기 위해 초기 레인징을 수행한다. 단말은 레인징 채널을 선택한 후에 레인징 프리앰블 코드를 초기 레인징 도메인에서 선택하고, 선택한 레인징 채널을 통해 기지국으로 선택한 레인징 프리앰블 코드를 전송한다(S210).

이때, 단말이 초기 레인징 전송을 위한 전송 전력값은 다음 수학식 3 또는 다음 수학식 4에 의해 계산된 값을 사용할 수 있다. 단말이 다음 수학식 3 또는 다음 수학식 4를 이용하여 계산한 전송 전력값으로 초기 레인징 또는 핸드오버 레인징을 기지국에 전송하면, 기지국은 해당 단말의 전력 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density, PSD) 레벨을 알 수 있다.

다음 수학식 3은 단말이 초기 레인징(initial ranging)을 수행할 때 사용하는 상향링크 신호의 전송 전력을 계산하는 식이다.

여기서, EIRxP_{IR , min}은 최소 타겟 수신 전력을 의미하고, BS_EIRP는 기지국의 전송 전력을 나타낸다. BS_EIRP는 기지국이 S-SFH SP2 및 SP1을 통해 단말로 전송해준다. RSS(Received Signal Strength)는 단말이 측정한 수신 신호 세기를 나타낸다.

단말은 초기 레인징을 수행할 때, 최소 타겟 수신 전력값(EIRxP_IR,min)과 기지국의 전송 전력값(BS_EIRP)을 합한 값에서 단말이 측정한 수신 신호 세기값(RSS)을 차감하여 산출된 값을 초기 레인징을 위한 전송 전력값으로 사용할 수 있다.

만약, 단말 안테나의 수신 이득 및 송신 이득이 다른 경우에는 초기 레인징(initial ranging)을 수행할 때 다음 수학식 4를 이용할 수 있다.

여기서, G_{Rx _ MS}는 단말 안테나의 수신 이득을 말하고, G_{Tx _ MS}는 단말 안테나의 송신 이득을 말한다. 단말은 초기 레인징을 수행할 때, 수학식 3과 표현된 항목 외에 단말 안테나의 수신 이득에서 송신 이득을 차감한 값을 더 합산하여 산출된 값을 전송 전력값으로 사용할 수 있다.

상기 수학식 3 및 수학식 4는 단말이 초기 레인징 전송 시에 사용하는 전송 전력값으로 설명하였으나, 이는 단말이 핸드오버 레인징(handover ranging) 전송하는 경우에도 그대로 사용할 수 있다.

그 후, 기지국은 단말의 초기 레인징 또는 핸드오버 레인징 전송에 대한 수신확인 응답 메시지를 단말에게 전송해 줄 수 있다(S220). 여기서 이 응답 메시지는 AAI-RNG-ACK 메시지로 정의될 수 있다. AAI-RNG-ACK 메시지는 모든 레인징 기회에서 레인징 프리앰블 코드들을 모두 성공적으로 수신하고 검출하였다는 응답을 제공하는 메시지이다. 기지국은 AAI-RNG-ACK 메시지에 초기 레인징 또는 핸드오버 레인징에 대한 세 가지의 가능한 레인징 상태(ranging status)를 포함하여 단말로 전송할 수 있다. 여기서, AAI-RNG-ACK 메시지에 포함된 세 가지 가능한 레인징 상태에는 "continue" 상태, "success" 상태, "abort" 상태가 있다.

"continue" 상태일 때, AAI-RNG-ACK 메시지는 필요한 조정(adjustments) 정보를 포함할 수 있다. AAI-RNG-ACK 메시지는 시간, 전력, 주파수 등의 조정 정보가 포함할 수 있다. 예를 들어, AAI-RNG-ACK 메시지에 포함된 현재 정의되어 있는 전력 조정 레벨(power adjustment level)(예를 들어, 3 비트)은 다음 초기 레인징 또는 핸드오버 레인징을 수행할 때의 전력을 보정해 주는 역할을 한다. 이는 "success" 상태가 될 때 할 때까지 유효하지만, 마지막 "success" 상태 메시지를 전달하는 AAI-RNG-ACK 일 때에도 전력 조정 레벨(power adjustment level) 파라미터를 이용해서 전력값을 보정할 수 있다. 단말은 더 나아가 추가적으로 필요한 경우에도 초기 레인징 또는 핸드오버 레인징에 대한 보정을 수행할 수 있다.

초기 레인징 또는 핸드오버 레인징에 대한 레인징 상태가 "success" 상태인 경우에는, 기지국은 단말에게 AAI-RNG-REQ 메시지 전송에 필요한 정보를 CDMA 할당 A-MAP IE(CDMA Allocation A-MAP IE)를 통해 전송할 수 있다(S230). 즉, 기지국은 다음 표 2에 나타낸 CDMA Allocation A-MAP IE 메시지를 통해 단말에게 레인징 요청 전송 등을 위한 상향링크 자원 할당 정보를 제공한다. 다음 표 2는 IEEE 802.16의 CDMA Allocation A-MAP IE 메시지 포맷으로, CDMA Allocation A-MAP IE에 포함된 정보를 나타내고 있다.

표 2를 참조하면, 단말이 기지국으로 레인징을 전송하면, 기지국은 자원 인덱스(resource index) 필드 등을 통해 레인징 요청 메시지를 전송을 위해 할당한 상향링크 자원 정보를 단말에게 전송해줄 수 있다.

초기 레인징 또는 핸드오버 레인징에 대한 레인징 상태가 "abort" 상태인 경우에는, 기지국은 단말에게 레인징 프로세스를 중단(abort)할 것을 요청하는 것이다.

상술한 바와 같이, 단말은 기지국으로부터 AAI-RNG-ACK 메시지를 통해 레인징 상태에 대한 응답을 수신할 수 있다. 기지국으로부터 레인징 상태에 대한 응답 메시지를 수신한 단말은 레인징 상태에 따라 다음과 같은 절차를 수행할 수 있다.

단말이 AAI-RNG-ACK 메시지를 통해 "continue" 상태 응답과 파라미터 보정(adjustments)을 수신하면, 단말은 파라미터들을 보정(혹은 조정)하고, 초기 레인징 도메인에서 선택한 임의의 레인징 프리앰블 코드를 가지고 이용가능한 레인징 채널을 이용하여 처음 엔트리시 레인징 수행했던 것처럼 레인징 프로세스를 계속 진행하게 된다. 즉, 단말은 기지국으로 레인징을 요청하는 메시지를 전송하게 된다(S240). 여기서 레인징을 요청하는 메시지는 AAI-RNG-REQ 메시지로 표현될 수 있다.

만약, 단말이 AAI-RNG-ACK 메시지를 통해 "success" 상태 응답을 수신하면, 단말은 기지국이 상향링크 자원 할당을 제공하기까지 기다린다. 단말이 레인징 프리앰블 코드를 전송한 후(S210), 소정의 타이머 경과시 까지 상향링크 자원 할당을 위한 CDMA 할당 A-MAP IE(CDMA Allocation A-MAP IE)를 수신하지 못한다면, 초기 레인징 절차를 다시 수행하지만, 초기 레인징 절차를 다시 수행하기 어렵다면 다시 하향링크 물리 채널 동기화를 기지국과 수행할 필요가 있다.

이와 달리, 단말이 기지국으로부터 CDMA Allocation A-MAP IE를 수신한다면(S230), 단말은 기지국으로 레인징을 요청하는 메시지를 전송하게 된다(S240).

지금까지는 단말이 초기 레인징 또는 핸드오버 레인징하는 과정을 설명하였다. 앞서 언급한 바와 같이, 단말이 초기 레인징 시 또는 핸드오버 레인징 시(S210)에 사용하는 상향링크 전송 전력값은 상기 수학식 3 또는 상기 수학식 4에 의해 계산된 값이었다.

만약, 단말이 기지국으로부터 AAI-RNG-ACK 메시지를 수신하지 못하면 상향링크 전송 전력값을 임의의 설정된 값으로 램핑 업(ramp up) 할 수 있다. 단말이 버스트 타입(burst type, 즉 HARQ가 적용되는 데이터 타입)으로 전송하는 첫 번째 제어 메시지인 AAI-RNG-REQ 메시지 전송(S240)의 전력을 설정하는 방법을 설명한다. 단말이 AAI-RNG-REQ 메시지 전송을 위해, 기지국은 성공한 초기 레인징/핸드오버 레인징에 대한 PSD 레벨 기반으로 기지국에서 PSD 차이(gap)를 AAI-RNG-ACK 메시지 또는 CDMA allocation A-MAP IE에 포함하여 알려줄 수 있다(S220, S230). 이 후 발생하는 하향링크 제어 메시지에 대한 ACK/NACK 메세지, AAI-SBC-REQ 메시지, AAI-REG-REQ 메시지 전송에 대한 전력 설정은 이하에서 살펴본다. 물론 이 경우는 단말이 AAI-SCD(AAI-System Configuration Descriptor) 메시지 및/또는 AAI-UL NI(Noise and Interference) 방송 메시지(broadcast message)를 받지 못하는 경우에 적용된다. 유니캐스트 타입 메시지(Unicast type message)는 AAI-RNG-RSP 메시지 타입을 통해서 전달된 임시 스테이션 식별자(temporary STID)를 마스킹(masking)하여 단말에 전송할 수 있다.

단말이 기지국으로부터 임시 스테이션 식별자를 포함하는 AAI-RNG-RSP 메시지를 수신한 후에, 기지국의 하향링크 제어 메시지에 대한 ACK/NACK 메시지 전송을 위한 전송 전력을 설정하는 방법을 설명한다.

단말은 기지국으로부터 AAI-UL_POWER_ADJUST 메시지, PC-A-MAP 메시지, 또는UL basic assignment A-MAP 메시지 등을 통해 OffsetControl 파라미터를 수신할 수 있다. OffsetControl 파라미터는 단말의 제어 채널 전송을 위해 기지국이 알려주는 전력 보정값에 해당하는 값이다. 그러면, 단말의 프로세서(155)는 수신한 OffsetControl 파라미터와 P_last값을 이용하여 HARQ ACK/NACK 채널 전송을 위한 상향링크 전송 전력 P_{New _ HARQ}을 구할 수 있다. 여기서, P_last는 단말이 마지막으로 AAI-RNG-REQ 메시지 전송을 성공한 경우에 해당하는 PSD 레벨이 되는 것이 바람직하다. 단말의 프로세서(155)는 HARQ ACK/NACK 채널 전송을 위한 상향링크 전송 전력 P_{New_HARQ}을 다음 수학식 5와 같은 연산을 통해 산출할 수 있다.

또한, 단말은 HARQ ACK/NACK 채널 외에 다른 상향링크 제어 채널 전송을 위한 전송 전력값은 상기 수학식 5와 HARQ ACK/NACK 채널의 타겟 SINR 기준으로 다른 제어 채널들에 대해 사전에 설정해 놓은 디폴트 값을 이용하여 계산할 수 있다.

여기서, ΔSINR은 HARQ ACK/NACK 채널을 기준으로 각 제어 채널 별로 대응하는 디폴트값이다. 각 제어 채널 별로 디폴트 값은 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어, 각 제어 채널 별로 디폴트 값은 다음 표 3과 같이 나타낼 수 있다. 이러한 각 제어 채널 별로의 ΔSINR 값은 기지국이 단말에게 시그널링해 줄 수 있다.

상기 표 3에서 다른 제어 채널의 ΔSINR 값 (A dB, B dB, C dB)은 HARQ ACK/NACK 채널의 타겟 SINR 값을 기준으로 하여 작성된 옵셋값이다. 단말의 프로세서(155)는 대역폭 요청 채널 전송을 위한 전력값을 상기 수학식 5 및 사전에 정의된 상기 표 3을 이용하여 구할 수 있다.

또한, 기지국은 제어 채널에 대한 타겟 SINR값과 해당 주파수 파티션(FP)의 잡음 및 간섭 레벨(또는 IoT 레벨)을 단말에게 알려줄 수 있다. 이때, 기지국은 이 파라미터를 제어 채널에 대한 자원 할당 메시지를 전송해 줄 때 함께 포함하여 단말에게 알려줄 수 있다. 단말의 프로세서(155)는 이러한 수신값들을 가지고 상기 수학식 1을 이용하여 상향링크 전송 전력값을 결정할 수 있다.

단말이 기지국으로부터 임시 스테이션 식별자를 포함하는 AAI-RNG-RSP 메시지를 수신한 후에, AAI-SBC-REQ, AAI-REG-REQ 메시지 전송을 위한 전송 전력을 설정하는 방법을 설명한다.

단말의 프로세서(155)는 가장 마지막으로 AAI-RNG-REQ 메시지 전송을 성공한 PSD 레벨을 재사용할 수 있다.

기지국은 AAI-UL_POWER_ADJUST 메시지, PC-A-MAP 메시지, 또는 UL basic assignment A-MAP 메시지를 통해 데이터 채널 전송을 위한 전력 보정값에 해당하는 옵셋값 파라미터(OffsetData)를 전송해 줄 수 있다. 그러면, 단말의 프로세서(155)는 마지막으로 AAI-RNG-REQ 메시지 전송을 성공한 PSD 레벨과 데이터 채널 전송을 위한 옵셋값을 이용하여 데이터 채널 전송을 위한 상향링크 전송 전력을 결정할 수 있다. 이는 다음 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

그리고, 기지국으로부터 NACK 신호를 수신하고 난 다음 일정 스텝 사이즈로 단말이 알아서 적용할 수 있다. 또는, 기지국이 데이터 채널에 대한 타겟 SINR값과 해당 주파수 파티션(FP)의 잡음 및 간섭 레벨(또는 IoT 레벨)을 단말에게 알려주면, 단말이 상기 수학식 2를 이용하여 상향링크 전송 전력을 결정할 수도 있다.

다음으로, 단말이 초기 네트워크 진입 중에 MAC 메시지 전송을 위한 자원할당을 grant type으로 받지 못하는 경우 대역폭 요청 채널을 전송해야한다. 이때대역폭 요청 채널 전송을 위한 전력 설정은 다음과 같다. 앞서 설명한 바와 같이, 단말은 상기 표 3에서 나타낸 것처럼 대역폭 요청 채널 전송을 위한 ΔSINR 값, 단말이 마지막으로 AAI-RNG-REQ 메시지 전송을 성공한 경우에 해당하는 PSD 레벨인 P_last와, 제어 채널 전송을 위한 전력 보정값에 해당하는 옵셋값(offsetcontrol)을 이용하여 대역폭 요청 채널 전송을 위한 상향링크 전송 전력을 결정할 수 있다. 또는, 단말이 마지막으로 성공한 AAI-RNG-REQ 메시지의 PSD 레벨에 대비해서 단말이 Δ 전력값 만큼 적용하여 설정할 수도 있다. 여기서 Δ 전력값는 AAI-RNG-REQ 메시지의 타겟 SINR 과 대역폭 요청 채널의 타겟 SINR값의 차이만큼을 계산한값으로, 미리 설정된 값을 사용할 수 있다.

상술한 방법들은 단말이 초기 네트워크 진입 과정 이후에도 전력 제어 파라미터들을 모두 수신하지 못한 경우에도 적용 가능하다. 또한, 단말이 일정 시간 이후에도 전력 제어 파라미터들을 수신하지 못해 상기 수학식 1 또는 수학식 2를 사용하지 못할 경우, 단말은 해당 정보에 대한 응답을 기지국에 알려준다. 기지국은 이러한 메시지를 받으면 전력 제어 정보를 일부 혹은 전체를 유니캐스트/브로드캐스트 타입(unicast/broadcast type)으로 단말에게 알려준다.

기지국이 시스템 구성을 정의하기 위해 소정 주기로 단말에게 AAI-SCD 메시지를 전송한다. AAI-SCD 메시지의 내용이 변경될 때마다 이 메시지 내의 "Configuration Change Count" 필드의 값은 0에서 15까지 범위에서 증가하게 된다. 기지국은 AAI-SCD 메시지 내에서 단말의 상향링크 전송 전력 제어를 위한 전력 파라미터 값들을 포함하여 전송한다. 단말의 프로세서(155)는 기지국으로부터 AAI-SCD 메시지를 통해 수신한 상향링크 전력 제어 파라미터들이 갱신되었는지 여부를 결정한다. 그러면, 단말은 상향링크 전력 제어 파라미터들이 갱신되었는지 여부를 기지국에 알려줄 필요가 있다.

이를 위해, 단말은 상향링크 전력 상태 보고(Uplink Power Status Report)(3GPP LTE 시스템에서는 파워 헤드룸 리포트(PHR)라고도 호칭됨)를 상향링크 전력 상태 보고 헤더 타입으로 기지국에 전송할 수 있다. 단말은 상향링크 전력 상태 보고 헤더 내의 필드 중에서 1 비트 지시자로 AAI-SCD 메시지를 통해 수신한 전력 제어 파라미터들을 적용하여 갱신한 지 여부를 기지국에 알려줄 수 있다. 예를 들어, AAI-SCD 메시지의 상향링크 전력 제어(ULPC) 파라미터가 변경되지 않았으면, 단말은 '0' 비트값로 기지국에 알려주고, AAI-SCD 메시지의 상향링크 전력 제어(ULPC) 파라미터가 변경되어 갱신한 경우에는 '1' 비트값으로 기지국에 알려줄 수 있다. 다음 표 4는 상향링크 전력 상태 보고 헤더 포맷의 일 예를 나타낸 표이다.

또는, 단말은 개별 파라미터 별로 수신하여 적용한 지 여부에 대해 기지국에 알려줄 수도 있다. 이때, 단말은 개별 파라미터에 대해 비트맵(Bitmap) 타입으로 구성하거나, 미리 정한 테이블에 대한 인덱스로 구성하여 기지국에 알려줄 수 있다. 또는, 단말은 상향링크 전송 시 이러한 상향링크 전력 제어 파라미터 갱신 여부를 나타내는 지시자를 어느 곳에 포함하여 전송하여도 상관없다. 또는, 단말은 독립적으로 전송 메시지를 구성하여 전송하는 것처럼 상향링크 전력 상태 보고에 한정하는 것은 아니다.

이러한 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 단말은 초기 상향링크 동기를 맞추고 난 다음, 전력 제어 정보를 모두 수신받기 전 상향링크 데이터 전송에 필요한 전력 설정을 효율적으로 할 수 있다. 또한, 단말은 기지국으로부터 수신한 전력 제어 파라미터들을 수신하여 갱신하였는지 여부에 대해 기지국에 알려줌으로써 효율적인 상향링크 전력 제어가 가능하게 된다.

이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들이 소정 형태로 결합된 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려되어야 한다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다. 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

산업상 이용가능성

상향링크 전력 제어 상태를 보고하기 위한 단말 장치 및 그 방법은 3GPP LTE, LTE-A, IEEE 802 등 다양한 통신 시스템에서 산업상으로 이용가능하다.

Claims (10)

1. 무선통신 시스템에서 단말이 상향링크 전력 제어 상태를 보고하는 방법에 있어서,
   기지국으로부터 상기 단말에 대한 하나 이상의 상향링크 전송 전력 제어 파라미터를 포함하는 제 1 메시지를 수신하는 단계; 및
   상기 제 1 메시지를 통해 수신한 상기 하나 이상의 상향링크 전력 제어 파라미터를 갱신하였는지 여부를 나타내는 제 1 지시자를 포함하는 제 2 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는, 상향링크 전력 제어 상태 보고 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 지시자는 상향링크 전력 제어(UpLink Power Control, ULPC) 파라미터 갱신(updating) 지시자로 표현되는, 상향링크 전력 제어 상태 보고 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제 2 메시지는 상향링크 전력 상태 보고 헤더 포맷으로 전송되는, 상향링크 전력 제어 상태 보고 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 메시지는 AAI-SCD(Advanced Air Interface-System Configuration Descriptor)로 표현되는, 상향링크 전력 제어 상태 보고 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제 1 지시자는 1 비트 크기에 해당하는, 상향링크 전력 제어 상태 보고 방법.
6. 무선통신 시스템에서 상향링크 전력 제어 상태를 보고하기 위한 단말 장치에 있어서,
   기지국으로부터 상기 단말에 대한 하나 이상의 상향링크 전송 전력 제어 파라미터를 포함하는 제 1 메시지를 수신하는 수신 안테나;
   상기 제 1 메시지를 통해 수신한 상기 하나 이상의 상향링크 전력 제어 파라미터가 갱신되었는지 여부를 결정하는 프로세서; 및
   상기 하나 이상의 상향링크 전력 제어 파라미터가 갱신되었는지 여부를 나타내는 제 1 지시자를 포함하는 제 2 메시지를 상기 기지국으로 전송하는 송신 안테나를 포함하는, 단말 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제 1 지시자는 상향링크 전력 제어(UpLink Power Control, ULPC) 파라미터 갱신(updating) 지시자로 표현되는, 단말 장치.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 제 2 메시지는 상향링크 전력 상태 보고 헤더 포맷으로 전송되는, 단말 장치.
9. 제 6항에 있어서,
   상기 제 1 메시지는 AAI-SCD(Advanced Air Interface-System Configuration Descriptor) 메시지로 표현되는, 단말 장치.
10. 제 6항에 있어서,
    상기 제 1 지시자는 1 비트 크기에 해당하는, 단말 장치.

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