KR20130073609A - 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치 및 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 전송 전력을 제어하는 방법은, 기준 신호를 수신하는 단계, 송신시 기준 신호의 크기와 수신한 기준 신호의 크기를 비교하여 경로 손실을 계산하는 단계, 계산된 경로 손실을 이용하여 전송 신호의 에러가 최소가 되는 최적의 전송 전력의 크기를 결정하는 단계 및 결정된 최적의 전송 전력의 크기로 전송 신호를 송신하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 무선 통신 시스템에서 무선 링크의 거리 또는 환경에 의하여 변하는 경로 손실을 이용하여 전송 전력을 제어함으로써, 무선 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING TRANSMISSION POWER IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 경로 손실을 이용하여 무선 통신 시스템의 전송 전력을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 음성이나 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위하여 광범위하게 구축되고 있다.
점대점 무선 통신 시스템은 단말 간 직접적인 연결을 위한 통신 시스템으로서 두 개의 단말을 포함할 수 있다. 점대점 무선 통신 시스템에서 제1 단말이 제2 단말에 전송 신호를 송신할 때, 실시간으로 발생하는 무선 환경의 변화에 대응하기 위하여, 제1 단말은 무선 환경을 통해 송신되는 전송 신호의 전력을 제어할 필요가 있다. 왜냐하면, 전송 전력이 너무 약하면 제2 단말이 전송 신호를 수신할 수 없고, 전송 전력이 너무 강하면 전송 신호가 다른 신호에 간섭으로 작용할 수 있기 때문이다.
제1 단말이 전송 전력을 제어하여 제2 단말이 수신하는 전송 신호의 크기를 최적화함으로써, 불필요한 전력 소모를 방지하는 동시에 전송 데이터의 에러를 감소시킬 필요가 있다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 무선 링크의 환경에 의하여 변하는 경로 손실을 이용하여 전송 전력을 제어함으로써, 무선 통신 시스템의 성능을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 무선 링크를 사이에 두고 양 방향 경로 손실을 각각 계산하고 양 방향 경로 손실을 비교하여 이상이 있는 단말을 검출함으로써, 효율적으로 무선 통신 시스템을 운용하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서, 기준 신호를 수신하는 단계, 송신시 기준 신호의 크기와 수신한 기준 신호의 크기를 비교하여 경로 손실을 계산하는 단계, 계산된 경로 손실을 이용하여 전송 신호의 에러가 최소가 되는 최적의 전송 전력의 크기를 결정하는 단계 및 결정된 최적의 전송 전력의 크기로 전송 신호를 송신하는 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 본 발명은 무선 통신 시스템에서 전송 전력을 제어하는 장치에 있어서,기준 신호를 수신하는 신호 수신부, 송신시 기준 신호의 크기와 수신한 기준 신호의 크기를 비교하여 경로 손실을 계산하는 경로 손실 계산부, 계산된 경로 손실을 이용하여 전송 신호의 에러가 최소가 되는 최적의 전송 전력의 크기를 결정하는 전송 전력 크기 결정부, 결정된 최적의 전송 전력의 크기로 전송 신호를 송신하는 신호 송신부를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 무선 통신 시스템에서 무선 링크의 환경에 의하여 변하는 경로 손실을 이용하여 전송 전력을 제어함으로써, 무선 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 무선 링크를 사이에 두고 양 방향 경로 손실을 각각 계산하고 양 방향 경로 손실을 비교하여 이상이 있는 단말을 검출함으로써, 효율적으로 무선 통신 시스템을 운용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 점대점 무선 통신 시스템에서 전송 전력 제어를 위하여 송수신되는 신호를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어를 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 및 무선 통신 시스템 상태 감시를 설명하기 위한 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치(100)는 신호 수신부(102), 경로 손실 계산부(104), 전송 전력 크기 결정부(106), 신호 송신부(108)를 포함한다.
신호 수신부(102)는 기준 신호를 수신할 수 있다. 기준 신호는 전송 전력 제어를 위해 생성된 신호를 포함할 수 있다.
경로 손실 계산부(104)는 송신시 기준 신호의 크기와 수신한 기준 신호의 크기를 비교하여 경로 손실을 계산할 수 있다. 무선 통신 시스템의 환경 예컨대, 거리 또는 날씨에 따라 전송 신호의 손실이 발생할 수 있다. 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치(100)는 송신시 기준 신호의 크기를 미리 알고 있다. 따라서, 경로 손실 계산부(104)는 송신시 기준 신호의 크기와 수신한 기준 신호의 크기를 비교하여 경로 손실을 계산할 수 있다.
전송 전력 크기 결정부(106)는 계산된 경로 손실을 이용하여 전송 신호의 에러가 최소가 되는 최적의 전송 전력의 크기를 결정할 수 있다. 수신한 기준 신호의 경로 손실을 계산하면, 앞으로 송신할 전송 신호의 경로 손실을 예측할 수 있다. 따라서, 전송 전력 크기 결정부(106)가 전송 신호의 경로 손실을 감안하여 전송 신호 전력의 크기를 결정함으로써, 전송 신호가 무선 경로를 통과하더라도 수신 측이 전송 신호의 데이터를 손상 없이 수신할 수 있다.
신호 송신부(108)는 결정된 최적의 전송 전력의 크기를 가진 전송 신호를 송신할 수 있다. 따라서, 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치(100)는 전송 신호의 전력을 주변 송수신 신호에 간섭으로 작용하지 않을 정도로 충분히 작으면서, 수신 측이 데이터를 손상 없이 수신할 수 있을 정도로 충분히 크게 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 점대점 무선 통신 시스템에서 전송 전력 제어를 위하여 송수신되는 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 점대점 무선 통신 시스템 특히, 밀리미터파 무선 통신 시스템의 무선 통신 채널(250)은 페이딩(fading)이 없는 가시 경로(LOS, Line of Sight)인 것이 일반적이다.
이와 같은 무선 통신 채널(250)에서의 경로 손실은 자유 공간 손실, 대기 손실, 강우 손실 등을 포함할 수 있다. 자유 공간 손실은 예컨대, 무선 통신 채널(250)의 거리가 100m에서 1Km가 될 때, 무선 통신 채널(250)을 통과한 전송 신호의 전력의 크기가 20dB 만큼 손실되는 경우이다. 대기 손실은 전송 신호의 주파수가 70~90GHz 대역인 경우에는 1Km 당 1dB 이하의 손실에 불과하므로 문제되지 않으나, 전송 신호의 주파수가 60GHz 대역인 경우 1Km 당 15dB 이상의 손실이 발생할 수 있으므로 문제될 수 있다. 강우 손실은 예컨대, 무선 통신 채널(250)의 거리가 1Km일 때, 맑은 날보다 강우량 42mm/h인 날의 전송 신호의 전력의 크기가 18dB 만큼 손실되는 경우이다. 이와 같이, 밀리미터파 무선 통신 시스템에서 무선 통신 채널(250)의 거리 및 환경 변화에 따른 총 전송 전력의 수신 크기 변화량은 수신부의 다이나믹 영역(Dynamic range)으로 처리할 수 없을 정도로 크다. 따라서, 무선 통신 채널(250)에서의 경로 손실을 고려하여 송신시 전송 신호 전력의 크기를 제어함으로써, 전송 신호 전력의 수신시 크기를 조절할 수 있다.
점대점 무선 통신 시스템을 설명하기 위하여, 하나의 링크를 구성하는 두 개의 송수신 시스템을 예로 들 수 있다. 두 개의 송수신 시스템은 예컨대, 제1 단말(200) 및 제2 단말(210)로 구성될 수 있고, 제1 단말(200) 및 제2 단말(210)은 무선 통신 채널(250)을 통하여 전송 신호를 송수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 단말(200)의 디지털 신호 처리부(201)는 기준 신호를 생성할 수 있다. 생성된 기준 신호는 도면 부호 A-A'-A''-A''' 경로를 통하여 제2 단말(210)의 디지털 신호 처리부(211)로 입력될 수 있다. A-A'-A''-A''' 경로를 통하여 변환된 기준 신호를 입력 받은 제2 단말(210)의 디지털 신호 처리부(211)는 무선 통신 채널(250)에 따른 경로 손실을 계산할 수 있다. 제2 단말(210)은 각 송수신 IF/RF 모듈(203,205,213,215), 듀플렉서(207,217) 및 안테나(209,219)의 이득을 알고 있고, 제1 단말(200)의 디지털 신호 처리부(201)에서 생성한 기준 신호의 크기를 알고 있기 때문에, 이를 이용하여 경로 손실을 계산할 수 있다. 제2 단말(210)의 디지털 신호 처리부(211)은 계산한 경로 손실과 룩업 테이블(Lookup Table)을 비교하여 최적의 송신 전력 크기를 계산할 수 있다. 룩업 테이블은 일반적으로 주어진 연산에 대하여 미리 계산된 결과들의 집합을 의미하고, 본 발명의 일 실시예에서 룩업 테이블은 경로 손실 별로 미리 계산된 전송 신호의 에러가 최소가 되는 최적의 전송 전력의 집합을 포함할 수 있다. 제2 단말(210)의 디지털 신호 처리부(211)은 최적의 송신 전력 크기를 고려하여 전송 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 무선 통신 시스템에서 무선 링크의 거리 또는 환경에 의하여 변하는 경로 손실을 이용하여 전송 전력을 제어함으로써, 무선 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 바와 같은 제1 단말(200)에서 제2 단말(210) 방향인 A-A'-A''-A''' 경로를 통하여 경로 손실을 계산할 수 있고, 전술한 바와 같은 방법과 마찬가지로 제2 단말(210)에서 제1 단말(200) 방향인 B-B'-B''-B''' 경로를 통하여 경로 손실을 계산할 수 있다. 따라서, 양 방향(A-A'-A''-A'''방향 및 B-B'-B''-B'''방향) 모두 계산이 가능하므로, FDD(Frequency Division Duplexing)의 경우 주파수 대역에 따른 경로 손실을 계산할 수 있고, TDD(Time Division Duplexing) 또는 PDD(Polarization Division Duplexing)의 경우 경로 양 방향 경로 손실을 계산하여 비교할 수 있다. 따라서, 무선 링크를 사이에 두고 양 방향 경로 손실을 각각 계산하고 양 방향 경로 손실을 비교하여 문제가 있는 단말을 검출함으로써, 효율적으로 무선 통신 시스템을 운용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치는 디지털 신호 처리부(301), 송신 IF/RF 모듈(303), 수신 IF/RF 모듈(305), 듀플렉서(307) 및 안테나(309)를 포함한다. 도 2를 다시 참조하면, 도 3의 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 장치는 제1 단말(200) 또는 제2 단말(210) 각각에 해당될 수 있다.
디지털 신호 처리부(301)는 전력 제어를 위한 기준 신호를 생성할 수 있다. 기준 신호는 특정한 패턴의 데이터 신호 예컨대, 0101의 반복 신호, 특정 주파수를 생성하는 신호 또는 일반적인 데이터 신호를 모두 포함할 수 있다.
송신 IF/RF 모듈(303)은 디지털 신호 처리부(301)가 생성한 기준 신호를 입력 받을 수 있다. 송신 IF/RF 모듈(303)은 저역 통과 필터(310), 제1 증폭기(312), 가변 감쇠기(314), 상향 변환기(316), 송신 VCO(Voltage Controlled Oscillator)(318) 및 제2 증폭기(319)를 포함한다. 디지털 신호 처리부(301)가 생성한 기준 신호는 저역 통과 필터(310), 제1 증폭기(312), 가변 감쇠기(314)를 통과하여 원하는 크기로 변환될 수 있다. 원하는 크기로 변환된 기준 신호는 상향 변환기(316), 송신 VCO(318)를 통과하여 RF 신호로 변환될 수 있다. 상향 변환기(316)는 기저 대역 신호를 바로 RF 신호로 변환하는 직접 변환(Direct Conversion) 방식 또는 기저 대역 신호를 IF(Intermediate Frequency) 신호로 변환한 후, IF 신호를 RF 신호로 변환하는 슈퍼헤테로다인(Super Heterodyne) 방식으로 기준 신호를 변환할 수 있다. RF 신호로 변환된 기준 신호는 제2 증폭기(319)를 통하여 원하는 출력 전력 크기로 증폭될 수 있다.
증폭된 RF 기준 신호는 듀플렉서(307) 및 안테나(309)를 통해 방사되어, 무선 통신 시스템의 동일 무선 경로를 공유하는 다른 단말의 안테나에 인가될 수 있다.
전술한 방법과 동일한 방법으로 무선 통신 시스템의 동일 무선 경로를 공유하는 다른 단말의 안테나로부터 방사된 전송 신호가 안테나(309)에 인가될 수 있다. 안테나(309)에 인가된 전송 신호는 듀플렉서(307)를 통과한 후, 수신 IF/RF 모듈(305)에 입력될 수 있다.
수신 IF/RF 모듈(305)은 저잡음 증폭기(329), 수신 VCO(328), 하향 변환기(326), 수신 전력 검출기(324), 가변 이득 조정용 증폭기(322) 및 저역 통과 필터(320)를 포함할 수 있다. 듀플렉서(307)를 통과한 전송 신호는 저잡음 증폭기(329)를 통과하여 원하는 크기로 증폭될 수 있다. 증폭된 전송 신호는 수신 VCO(328) 및 하향 변환기(326)를 거쳐 IF 신호 또는 기저 대역 신호로 변환될 수 있다. 하향 변환기(326)는 RF 신호를 바로 기저 대역 신호로 변환하는 직접 변환 방식, RF 신호를 IF 신호로 변환한 후 IF 신호를 기저 대역 신호로 변환하는 슈퍼헤테로다인 방식 또는 기저 대역 신호를 낮은 주파수 대역으로 변환하는 Low IF 변환 방식을 이용하여 전송 신호를 변환할 수 있다. 변환된 전송 신호는 가변 이득 조정용 증폭기(322) 및 수신 전력 검출기(324)를 통과하여 일정한 크기로 변환될 수 있다. 이때, RF 신호, IF 신호 및 기저 대역 신호 모두 일정한 크기로 변환할 수 있으나, 밀리미터파 대역에서는 소자 구현이 어렵고 비용이 높기 때문에, IF 신호 또는 기저 대역 신호를 일정 크기로 변환하는 것이 보다 효과적이다. 수신 전력 검출기(324)는 전송 신호로부터 수신 RSSI(Received Signal Strength Indication) 정보(330)를 검출하여 디지털 신호 처리부(301)에 전달할 수 있다. 일정한 크기로 변환된 전송 신호는 저역 통과 필터(320)를 통과하여 디지털 신호 처리부(301)에 인가될 수 있다. 디지털 신호 처리부(301)는 수신 RSSI 정보(330)를 이용하여 경로 손실을 계산할 수 있다. 이때, 디지털 신호 처리부(301)는 동일 무선 경로를 공유하는 단말의 송수신기를 구성하는 모든 소자의 이득을 알고 있으므로, 경로 손실 계산시 송수신기의 이득을 제외한 무선 경로의 총 경로 손실을 계산할 수 있다. 또한, 디지털 신호 처리부(301)는 계산한 총 경로 손실을 기초로 하여 송신 IF/RF 모듈(303), 듀플렉서(307) 및 안테나(309)를 통과하여 송신될 전송 신호의 전력 크기가 최적이 되도록 전송 신호 전력 크기를 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 및 무선 통신 시스템 상태 감시를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 제1 단말 또는 제2 단말은 서로 송수신한 신호를 통해 경로 손실을 계산한 후, 양 방향 경로 손실을 이용하여 전송 전력을 제어할 수 있고, 무선 통신 시스템의 상태를 감시할 수 있다. 제2 단말은 제1 단말에서 생성된 신호가 제2 단말에 인가되는 경우의 경로 손실(a)을 계산할 수 있다(402). 마찬가지 방법으로, 제1 단말은 제2 단말에서 생성된 신호가 제1 단말에 인가되는 경우의 경로 손실(b)를 계산할 수 있다(404). 또한, 제1 단말은 제2 단말이 계산한 제1 단말에서 생성된 신호가 제2 단말에 인가되는 경우의 경로 손실(a)을 알 수 있다. 도면부호 402 단계와 도면부호 404 단계는 순서와 관계없이 진행될 수 있다.
이어서, 제1 단말은 양 방향 경로 손실의 차를 계산하여 임계 값과 비교할 수 있다(406). 임계 값은 무선 통신 시스템을 구성하는 모듈에 이상이 생긴 경우 신호가 무선 경로를 통과하면서 발생되는 손실을 예정한 값이다.
양 방향 경로 손실의 차이가 임계 값보다 작은 경우는, 무선 통신 시스템을 구성하는 모듈이 모두 정상적으로 동작하는 경우에 해당될 수 있다. 따라서, 제1 단말은 제2 단말로부터 인가된 신호의 경로 손실(b)과 룩업 테이블을 비교할 수 있다(408). 제1 단말은 룩업 테이블에서 경로 손실(b)을 고려하여 전송할 신호의 에러가 최소가 되는 최적의 전송 전력을 선택하여, 전송 신호의 전력 크기를 제어하는 신호를 출력할 수 있다(410).
양 방향 경로 손실의 차이가 임계 값보다 큰 경우는, 무선 통신 시스템을 구성하는 모듈에 이상이 발생한 경우에 해당될 수 있다. 이때, 제1 단말은 양 방향 중 어느 방향의 모듈에 이상이 발생한 경우인지 알아내기 위하여 경로 손실 a와 b를 비교할 수 있다(420). 경로 손실 a가 경로 손실 b보다 크면 제1 단말에서 제2 단말로 향하는 전송 상태에 이상이 발생한 것임을 알 수 있다(422). 반대로, 경로 손실 b가 경로 손실 a보다 크면 제2 단말에서 제1 단말로 향하는 전송 상태에 이상이 발생한 것임을 알 수 있다(424). 이와 같이, 무선 통신 시스템의 상태를 감시하고, 무선 통신 시스템을 구성하는 모듈에 이상이 있는지 알 수 있으므로, 무선 통신 시스템을 보다 효율적으로 운영할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
점대점 무선 통신 시스템을 설명하기 위하여, 전술한 바와 같이, 하나의 링크를 구성하는 두 개의 송수신 시스템을 예로 들 수 있다. 두 개의 송수신 시스템은 예컨대, 제1 단말 및 제2 단말로 구성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 단말은 제2 단말로부터 기준 신호를 수신할 수 있다(502).
이어서, 제1 단말은 송신시 기준 신호의 크기와 수신한 기준 신호의 크기를 비교하여 경로 손실을 계산할 수 있다(504).
이어서, 제1 단말은 계산된 경로 손실을 이용하여 전송 신호의 에러가 최소가 되는 최적의 전송 전력의 크기를 결정할 수 있다(506).
이어서, 제1 단말은 결정된 최적의 전송 전력의 크기를 갖는 전송 신호를 제2 단말로 송신할 수 있다(508).
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (1)

  1. 무선 통신 시스템에서 전송 전력을 제어하는 방법에 있어서,
    기준 신호를 수신하는 단계;
    송신시 기준 신호의 크기와 상기 수신한 기준 신호의 크기를 비교하여 경로 손실을 계산하는 단계;
    상기 계산된 경로 손실을 이용하여 전송 신호의 에러가 최소가 되는 최적의 전송 전력의 크기를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 최적의 전송 전력의 크기로 상기 전송 신호를 송신하는 단계를
    포함하는 무선 통신 시스템의 전송 전력 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160062082A (ko) * 2013-09-26 2016-06-01 퀄컴 인코포레이티드 Ｉｂｅ 인식 채널 선택
KR20190109857A (ko) * 2018-03-19 2019-09-27 세종대학교산학협력단 신호 수신 방법 및 이를 수행하기 위한 사용자 단말

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