KR100764653B1 - 이동통신시스템의 데이터 전송 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수개의 안테나를 사용하는 다중 채널 시스템에서 적응 변조 방식(AMC ; Adaptive Modulation and Coding)과 송신 전력을 제어하는 방법을 혼용하여 데이터 전송 속도를 증가시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 수신측 휴대용 단말기로부터 수신 신호 세기를 수신하여 상기 수신 신호 세기가 데이터 전송이 가능한 세기인지 판단하는 과정과, 상기 판단 결과, 상기 데이터 전송이 불가능한 수신 신호의 세기일 경우, 상기 다수개의 안테나에 할당되어 있는 송신 전력을 하나의 안테나로 통합하는 과정과, 상기 판단 결과, 상기 데이터 전송이 가능한 수신 신호의 세기일 경우, 적응 변조 방법을 이용하여 상기 데이터를 전송하는 과정을 포함하여 송신기의 데이터 전송 속도를 향상 시킬수 있다.

데이터 전송 속도, AMC, 전력 제어, 수신 신호 세기

Description

이동통신시스템의 데이터 전송 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DATA TRANSMISSION IN MOBILE TELECOMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 통상적인 송신 장치의 데이터 전송 과정과 상기 데이터 전송 방법에 따른 데이터 전송 속도를 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 송신기의 구성을 도시한 블록도,

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 송신기에서 데이터 전송 속도를 높이기 위한 과정을 도시한 흐름도 및,

도 4는 본 발명에 따른 송신기의 데이터 전송 속도를 측정하여 나타내는 그래프.

본 발명은 이동통신시스템의 데이터 전송 속도를 증가시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 다수개의 안테나를 사용하는 다중 채널 시스템에서 적응 변조 방식(AMC ; Adaptive Modulation and Coding)과 송신 전력을 제어하는 방법을 혼용하여 데이터 전송 속도를 증가시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

이동통신시스템(Mobile Telecommunication System)의 기술 발달에 따라 상기 이동통신시스템에서 제공하는 데이터량이 급속하게 증가하게 되었고, 사업자들은 사용자에게 보다 좋은 서비스를 제공하기 위하여 고속의 데이터 전송을 가능하게 하는 기술을 개발하였다.

일 예로 통상적인 데이터 송수신 방법으로는 도 1(a)와 같이 하나의 안테나를 이용하여 데이터를 전송하는 방법으로 고정된 변조 방식을 이용하여 상기 데이터를 전송하였다.

상기 도1(a)와 같은 방법으로 상기 데이터를 전송할 경우, 고정된 변조 방식을 이용하여 상기 데이터를 전송하기 때문에 채널 상태가 좋아도 상기 데이터를 전송하는 속도는 일정하다는 문제점이 있다. 예를 들어 4QAM 변조 방식(한 심볼당 2개의 비트를 보내는 변조 방식)을 사용한다고 가정한다면, 도 1(b)와 같이 수신 신호의 세기가 증가하더라도 한 심볼당 전송 가능한 비트수는 2bit로 일정하다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 데이터 전송 방법은 하향링크(Downlink)의 채널 환경의 변화에 따라 변조 방식과 채널 부호기의 부호율을 변화 시켜주는 적응 변조 방식(AMC ; Adaptive Modulation and Coding)이다. 도 1(c)에 도시한 바와 같이, 휴대용 단말기에서는 하향링크의 신호 대 잡음 비(SNR : Signal to Noise Ratio)를 측정하여 이에 대한 정보를 상향링크를 통해 기지국으로 전송하고, 기지국은 이 정보를 바탕으로 하향채널의 환경을 예측하고 그 예측된 값 을 바탕으로 적절한 변조방식과 채널 부호화기의 부호율을 지정한다.

도 1(d)는 상기 적응 변조 방식을 사용한 경우의 데이터 전송 속도를 나타내는 그래프로 최대 512QAM 변조 방식을 사용한다고 가정할 경우, 한 심볼당 9bit의 데이터 전송이 가능하여 상기 고정된 변조 방식을 이용한 경우보다 상기 데이터 전송 속도가 높다.

또한, 상기 데이터를 송/수신하는 안테나를 다수개 구비하여 각각의 안테나를 통해서 상기 데이터를 여러 경로로 전송하고 수신측 휴대용 단말기에서는 각각의 경로로 수신되는 데이터의 간섭을 줄이는 다중 경로에 의한 신호 감퇴(Multi path fading)를 개선하는 방법이 있으며, 상기 방법을 사용하는 장치의 구성은 도 1(e)에 도시한 장치와 같다

상기 방법은 "Alamouti coding" 을 이용하여 데이터 전송 속도를 높이는 방법이 아니고 상기 신호 대 잡음비를 높여 이득을 높이는 방법으로 상기 방법은 이미 공개되어 있음으로 자세한 설명은 생략한다.

상기에서 설명한 데이터 전송 방법 가운데 상기 적응 변조 기법을 사용할 경우, 하나의 심볼에 많은 bit의 데이터를 포함하여 변조할 수 있어 데이터 전송 속도를 높일 수 있지만, 일정한 부호 에러율(BER ; Bit Error Rate) 유지하기 위해서는 신호 대 잡음비를 높여야 한다는 문제점이 있다.

또한, 다수개의 안테나를 사용하여 상기 데이터를 전송할 때에 수신측 휴대용 단말기의 수신 신호 세기가 한 심볼당 한 bit의 데이터를 전송 변조 방식(BPSK)으로 통신할 수 있는 최소 수신 신호 세기보다 작은 경우에는 상기 데이터의 전송 이 불가능하다는 문제점이 있다.

상기 적응 변조 기법과 다중 경로를 이용한 데이터 송수신 방법은 송신기의 데이터 전송 속도를 높이기 위한 독립적인 기술이지만 상기 두 방식을 결합하여 사용하면 상기 송신기의 성능을 크게 개선 시킬 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이동통신시스템의 데이터 전송 속도를 높이기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 송신기의 데이터 전송시 적응 변조 방식(AMC ; Adaptive Modulation and Coding)과 송신 전력을 제어하는 방법을 결합하여 데이터 전송 속도를 높이기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수신측 휴대용 단말기의 수신 신호 세기가 임계치 이하의 수신 신호 세기일 경우, 송신 전력을 제어하여 데이터 전송을 가능하게 하기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수신측 휴대용 단말기의 수신 신호 세기가 임계치 이상의 수신 신호 세기일 경우, 적응 변조 방식(AMC ; Adaptive Modulation and Coding)을 이용하여 데이터 전송 속도를 높이기 위한 방법 및 장치를 제공함에 있다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 다수개의 안 테나를 구비하는 송신기의 데이터 전송 방법은 수신측 휴대용 단말기로부터 수신 신호 세기를 수신하여 상기 수신 신호 세기가 데이터 전송이 가능한 세기인지 판단하는 과정과, 상기 판단 결과, 상기 데이터 전송이 불가능한 수신 신호의 세기일 경우, 상기 다수개의 안테나에 할당되어 있는 송신 전력을 하나의 안테나로 통합하는 과정과, 상기 판단 결과, 상기 데이터 전송이 가능한 수신 신호의 세기일 경우, 적응 변조 방법을 이용하여 상기 데이터를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 적응 변조 방식과 송신 전력을 제어하여 데이터를 전송하는 송신 장치는 수신측 휴대용 단말기로부터 수신하는 수신 신호 세기에 따라 전력 관리부 또는 변조부를 제어하는 제어부와, 상기 수신측 휴대용 단말기로부터 임계치 이하의 수신 신호 세기를 수신할 경우, 다수개의 안테나의 할당된 송신 전력을 통합하여 하나의 안테나로 할당하는 상기 전력 관리부와, 상기 수신측 휴대용 단말기로부터 임계치 이상의 수신 신호 세기를 수신할 경우, 상기 수신 신호 세기에 상응하는 변조 방식을 결정하여 변조하는 상기 변조부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세 한 설명은 생략한다.

이하 설명에서는 데이터 전송을 수행하고자 하는 송신기에서 적응 변조 방식(AMC ; Adaptive Modulation and Coding)과 송신 전력을 조절하여 상기 데이터 전송 속도를 높이기 위한 방법 및 장치에 관하여 설명할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 송신기의 구성을 도시한 블록도이다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 송신기(200)는 상기 송신기(200)를 제어하는 제어부(210)와 무선처리부(220)를 포함하여 구성할 수 있으며, 상기 제어부(200)는 변조부(212)와 전력 관리부(214)를 포함하여 구성할 수 있다.

상기 제어부(210)는 상기 송신기(200)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 수신측 휴대용 단말기로 데이터를 전송하는 기능을 수행하며, 통상적인 기능에 더하여 본 발명에 따라 수신측 휴대용 단말기로부터 수신 신호의 세기를 수신할 경우, 상기 수신한 수신 신호의 크기가 상기 수신측 휴대용 단말기와 통신이 가능한 세기의 신호인지 판단한다.

상기 제어부(210)는 상기 수신 신호의 세기가 상기 수신측 휴대용 단말기와의 통신이 가능한 세기임을 판단할 경우, 상기 변조부(212)로 하여금 상기 수신 신호 세기에 상응하는 변조 방법을 결정하여 변조(modulation)하도록 지시하고, 상기 변조부(212)에 의해 변조된 데이터를 전송하도록 처리한다.

또한, 상기 제어부(210)는 상기 수신 신호의 세기가 상기 수신측 휴대용 단말기와의 통신이 불가능한 세기임을 판단할 경우, 상기 전력 관리부(214)로 하여금 다수개의 안테나(230, 240)에 할당된 송신 전력을 하나로 통합하도록 지시하고 상기 전력 관리부(214)에 의해 통합된 송신 전력으로 상기 데이터를 전송하도록 처리한다.

상기 변조부(212)는 상기 송신기 제어부(210)의 지시를 받아 상기 수신측 휴대용 단말기로부터 수신한 수신 신호 세기에 상응하는 변조 방법을 결정하여 상기 결정한 변조 방법으로 변조한다.

상기 전력 관리부(214)는 상기 송신기 제어부(210)의 지시를 받아 상기 송신기의 송신 전력을 조절한다. 즉, 다수의 안테나(230, 240)에 상기 송신 전력을 일정하게 할당하거나 상기 다수의 안테나(230, 240)에 할당된 송신 전력을 통합하여 하나의 안테나에 할당할 수 있다.

상기 RF처리부(220)는 변조부(212)로부터의 기저대역 신호를 RF(Radio Frequency)대역 신호로 변환하여 안테나(antenna)(230, 240)를 통해 송신한다.

도 3은 본 발명에 따른 송신기에서 데이터 전송 속도를 높이기 위한 과정을 도시한 흐름도이다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 송신기(200)의 제어부(210)는 먼저 301단계에서 수신측 휴대용 단말기로부터 수신 신호 세기를 수신한다. 상기 수신측 휴대용 단말기는 하향링크의 신호 대 잡음 비(SNR : Signal to Noise Ratio)를 이용하여 상기 수신 신호의 세기를 측정하고 이에 대한 정보를 상향링크를 통해 상기 송신기(200)로 전송한다.

또한, 상기 송신기(200) 및 상기 수신측 휴대용 단말기는 송환 경로(Feedback Path)(예 ; 호출 채널(PCH ; Paging Channel), 임의 접근 채널(RACH ; Random Access Channel) 등)를 통해 상기 수신 신호 세기를 요청하거나, 상기 수신 신호 세기를 전송할 수 있다.

다시 말해서, 상기 송신기(200)는 호출 채널(PCH ; Paging Channel)을 통해 상기 수신측 휴대용 단말기로 상기 수신 신호 세기를 요청할 수 있으며, 상기 수신측 휴대용 단말기는 상기 수신 신호 세기를 임의 접근 채널(RACH ; Random Access Channel)을 통해 상기 송신기(200)로 전송할 수 있다.

이후, 상기 제어부(210)는 303단계로 진행하여 상기 수신측 휴대용 단말기로부터 수신한 수신 신호의 세기가 송/수신기간의 통신에 필요한 임계치 값보다 큰 세기인지 확인한다. 여기에서, 상기 송/수신기간의 통신에 필요한 임계치 값이란, 상기 송/수신기간의 통신 가능 여부를 판단하는 신호의 세기로 BPSK의 최소한의 수신 신호 세기보다 작은 값을 말한다.

만일, 상기 수신측 휴대용 단말기로부터 수신한 수신 신호의 세기가 상기 임계치 이상의 세기가 아닐 경우, 상기 제어부(210)는 309단계로 진행하여 전력 관리부(214)로 하여금 다수개의 안테나(230, 240)에 할당되어 있는 전력을 하나의 안테나로 통합하도록 지시한다.

예를 들어, 제 1 안테나(230)의 송신 전력이 P1이고, 제 2 안테나(240)의 송신 전력이 P2일 경우, 상기 송신 전력 P1, P2가 수신 신호 세기보다 작을 경우, P1과 P2를 합하여 하나의 안테나로 상기 데이터를 전송하도록 한다.

상기와 같이 다수개의 안테나(230, 240)에 할당되어 있는 전력을 통합할 경우, 상기 수신 신호의 세기가 높아짐으로, 상기 수신 신호의 세기가 작아서 상기 데이터를 전송할 수 없는 문제를 해결할 수 있다.

이후, 상기 제어부(210)는 311단계로 진행하여 상기 전력 관리부(214)에 의해 통합된 전력을 사용하는 안테나를 통해 상기 데이터를 전송한다.

한편, 상기 303단계의 확인결과, 상기 수신측 휴대용 단말기로부터 수신한 수신 신호의 세기가 상기 임계치 이상의 세기일 경우, 상기 제어부(210)는 305단계로 진행하여 변조부(212)로 하여금 상기 수신측 휴대용 단말기로부터 수신한 수신 신호의 세기에 상응하는 변조 방법을 결정하도록 지시한다.

상기 제어부(210)의 지시를 받은 변조부(212)는 아래 <표 1>과 같이 상기 송신기에 기 저장되어 있는 수신 신호 세기에 따라 사용 가능한 변조 방법을 정의해 놓은 변조 및 부호화 형식(Modulation and Coding Scheme)을 확인하여 상기 변조 방법을 선택할 수 있다.

레벨(level)	심볼 크기	수신 신호의 임계치(dB)
1	2	3.53
2	4	10.25
3	8	13.93
4	16	17.24
5	32	20.39
6	64	23.47
7	128	26.53
8	256	29.55
9	512	32.57

예를 들어, 수신측 휴대용 단말기로부터 수신한 수신 신호의 세기가 25dB일 경우, 상기 변조부(212)는 64QAM 변조 방식을 선택할 수 있다.

이후, 상기 제어부(210)는 307단계로 진행하여 상기 변조부(212)에 의해 결정된 변조 방법으로 변조하여 상기 데이터를 수신측 휴대용 단말기로 전송한다. 여기에서, 상기 데이터는 다수개의 안테나(230, 240)를 통하여 상기 데이터를 전송하는 다중 입력 다중 출력방식(MIMO ; Multi Input Multi Output)으로 전송하여 데이터 전송 속도를 높일 수 있다.

이후, 상기 제어부(210)는 본 알고리즘을 종료한다.

도 4는 본 발명에 따른 송신기의 데이터 전송 속도를 측정하여 나타내는 그래프이다.

상기 도 4를 참조하면, 상기 데이터 전송 속도를 나타내는 그래프는 기존 송신기의 데이터 전송 속도와 본 발명에 따른 송신기의 데이터 전송 속도를 비교한 그래프로 고정된 변조 방식을 이용할 경우의 데이터 전송 속도와 하향링크(Downlink)의 채널 환경의 변화에 따라 변조 방식과 채널 부호기의 부호율을 변화 시켜주는 적응 변조 방식의 데이터 전송 속도를 비교한 그래프이다.

본 발명에서 상술한 바와 같이 데이터 전송을 수행하고자 하는 송신기에 적응 다중 기술과 송신 전력을 조절하는 방법을 사용할 경우, 상기 고정된 변조 방식을 이용할 경우(예 ; 고정된 4QAM 변조 방식을 사용한 경우, 한 심볼당 2bit의 데이터 전송)와 적응 변조 방식을 이용할 경우(예 ; 최대 512QAM 변조 방식을 사용한다고 가정할 경우, 한 심볼당 9bit의 데이터 전송)보다 향상된 데이터 전송이 가능하다.

즉, 데이터 전송을 수행하고자 하는 송신기에 적응 다중 기술과 송신 전력을 조절하는 방법을 사용할 경우, 한 심볼당 최대 18bit의 데이터의 전송이 가능하여 종래의 데이터 전송 속도보다 2배 이상의 향상된 결과를 얻을 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 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 다수개의 안테나를 통하여 다중 경로로 데이터를 전송하는 방법과 상기 데이터를 수신하는 수신측 휴대용 단말기의 수신 신호 세기가 미약하여 상기 데이터를 송신할 수 없을 경우 송신기의 송신 전력을 제어하는 방법을 이용함으로써, 상기 송신기의 데이터 전송 속도를 향상 시킬수 있다.

Claims (14)

1. 다수개의 안테나를 구비하는 송신기의 데이터 전송 방법에 있어서,

   수신측 휴대용 단말기로부터 수신 신호 세기를 수신한 후, 상기 수신 신호 세기가 데이터 전송이 가능한 신호의 세기인지 판단하는 과정과,

   상기 판단 결과, 상기 데이터 전송이 불가능한 수신 신호의 세기일 경우, 상기 다수개의 안테나에 할당되어 있는 송신 전력을 하나의 안테나로 통합하여 상기 데이터를 전송하는 과정과,

   상기 판단 결과, 상기 데이터 전송이 가능한 수신 신호의 세기일 경우, 적응 변조 방법(AMC ; Adaptive Modulation and Coding)을 이용하여 상기 데이터를 전송하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 적응 변조 방법은,

   상기 수신측 휴대용 단말기로부터 수신한 수신 신호 세기에 해당하는 변조 방법을 결정하는 과정과,

   상기 결정한 변조 방법으로 상기 데이터를 변조하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 변조 방법은,

   각각의 변조 방식으로 통신할 수 있는 최소한의 수신 신호의 세기를 정의한 변조 부호화 형식(Modulation and Coding Scheme)과 상기 수신측 휴대용 단말기로부터 수신한 수신 신호 세기를 비교하여 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 송신기는,

   송환 경로(feedback Path)를 통해 상기 수신측 휴대용 단말기로 상기 수신 신호 세기를 요청할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 수신 신호 세기를 요청받은 수신측 휴대용 단말기는,

   상기 송환 경로를 통해 상기 수신 신호 세기를 상기 송신기로 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 송환 경로는,

   호출 채널(PCH ; Paging Channel), 임의 접근 채널(RACH ; Random Access Channel) 가운데 적어도 어느 한 가지를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 데이터 전송이 가능한 세기는,

   상기 송/수신기간의 통신 가능 유무를 판단하는 기준 임계치 값보다 큰 세기의 수신 신호 세기임을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 기준 임계치 값은,

   한 심볼당 한 비트를 보내는 변조 방식(BPSK)으로 통신할 수 있는 최소의 수신 신호 세기보다 작은 값임을 특징으로 하는 방법.
9. 적응 변조 방식과 송신 전력을 제어하여 데이터를 전송하는 장치에 있어서,

   수신측 휴대용 단말기로부터 수신하는 수신 신호 세기에 따라 전력 관리부 또는 변조부를 제어하는 제어부와,

   상기 수신측 휴대용 단말기로부터 기준 임계치 이하의 수신 신호 세기를 수신할 경우, 다수개의 안테나의 할당된 송신 전력을 통합하여 하나의 안테나로 할당하는 상기 전력 관리부와,

   상기 수신측 휴대용 단말기로부터 기준 임계치 이상의 수신 신호 세기를 수신할 경우, 상기 수신 신호 세기에 상응하는 변조 방식을 결정하여 변조하는 상기 변조부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 변조부는,

    각각의 변조 방식으로 통신할 수 있는 최소한의 수신 신호 세기를 정의한 변조 부호화 형식(Modulation and Coding Scheme)과 상기 수신측 휴대용 단말기로부터 수신한 수신 신호 세기를 비교하여 상기 변조 방식을 결정하는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 송신기는,

    송환 경로(feedback Path)를 통해 상기 수신측 휴대용 단말기로 상기 수신 신호 세기를 요청할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 수신 신호 세기를 요청받은 수신측 휴대용 단말기는,

    상기 송환 경로를 통해 상기 수신 신호 세기를 상기 송신기로 전송할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 송환 경로는,

    호출 채널(PCH ; Paging Channel), 임의 접근 채널(RACH ; Random Access Channel) 가운데 적어도 어느 한 가지를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 9항에 있어서,

    상기 기준 임계치 값은,

    한 심볼당 한 비트를 보내는 변조 방식(BPSK)으로 통신할 수 있는 최소의 수신 신호 세기보다 작은 값임을 특징으로 하는 장치.

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