KR20010012069A - 디지털 이동 무선 시스템과 이동 무선국에서의 전력 소비 절감 방법 - Google Patents

Abstract

디지털 이동 무선 시스템에서 이동 무선국을 위한 전력 소비 절감 방법이 제안된다. 이동 무선국이 인접 셀들의 BCCH 반송파들 상에서 전력 측정을 수행해야만 하는 이동 무선국의 전용 모드 동안, 이동 무선국내에 포함된 주파수 합성기의 가능출력을 안정화시키는 동안 가능한 많은 측정이 한 프레임에 집약된다. 이후에 연속되는 프레임에서는 전력측정이 되지 않는다. 전력측정이 되지 않는 시간 간격동안, 이동 무선국은 전력 절감 모드를 채택해서 상당한 전력 절감을 얻어진다.

Description

디지털 이동 무선 시스템과 이동 무선국에서의 전력 소비 절감 방법{A POWER CONSUMPTION REDUCTION METHOD IN A DIGITAL MOBILE RADIO SYSTEM AND A MOBILE RADIO STATION}

그러한 전력 소비 삭감 방법은 ETSI에 의해 출판 된, 유럽 원격통신 표준 초안 ETS 300 578 (제9판,1997.3출판 "GSM 디지털 셀룰러 원격통신 시스템 (Phase 2); 무선 서부시스템 링크 제어 (GSM 05.08)")의 8.1.3장에 설명되었다. 일반적으로, GSM 시스템 같은 디지털 이동 무선시스템에 있어서, RF 전력 제어는 무선 링크들의 품질을 유지하는 동안 이동국 또는 기지국 서브시스템에 의해 필요한 송신 전력을 최소화하기 위해 사용된다. 송신 전력을 최소화함으로써, 공동-채널 사용자에 대한 간섭은 줄어든다. 더욱이, 이동국에 있어서 전력을 절약하는 것은 증가된 전지 수명이 호출 시간과 대기 시간을 증가시키기 때문에 중요하다. 후자의 이유로, 이동통신기의 제조업자는 이동 통신기에서 전력 소비를 줄이기 위해 계속적으로 노력하고 있다. 상기 ETSI 문서의 8.1.3장에서, 전용모드에서, 즉 트래픽 채널에 할당되었거나 전용 제어 채널에 할당되었을 때 이동국이 이웃하는 셀의 BCCH 반송파들 상에서 수신된 신호 세기 측정을 어떻게 시행하여야 하는 지를 설명한다. 그러한 BCCH 반송파들은 트랜시버 기지국 마다를 기초로하여 트랜시버 기지국 상의 일반적인 정보를 방송하기 위한 방송 제어 채널이다. GSM에서, 무선 주파수가 규정되고, 시스템에 유용한 모든 무선 주파수에 번호가 할당된다. 각 셀은 이 채널들의 부분집합으로 할당되고, 상기 부분 집합은 셀 할당(cell allocation)으로 규정된다. BCCH 반송파는 동기 정보와 상기 일반 정보를 전송하는데 사용하는 셀 할당의 특별한 무선 주파수 채널이고, 무선 주파수 채널은 패이징 채널, 임의 접근 채널 및 이동국과 GSM 네트워크 사이의 무선 링크를 구성하는데 사용하는 접근 인증 채널 같은 소위 공통 제어 채널의 구성을 포함한다. 8.1.3장에서, 이동통신기는 뒤집힌 TDMA (Time Division Multiple Access : 시분할 다중 억세스) 프레임에서 인접 셀 반송파 상의 한번 이상의 전력 측정을 수행할 거라 설명되어 있다. 측정은 제어 채널을 통해 무선 네트워크에 통보된다. 무선 네트워크는 이 측정들을 기초로 하고/또는 이동통신기와/또는 무선 네트워크에서의 추가의 측정들을 기초로 하여 이양 결정을 할 수 있다. 설명된 방법은 이동통신기에서의 전력 절약에 관해서는 최선이 아니다.

본 발명은 청구항 1의 서문에서 한정한 대로 디지털 이동 무선 시스템에서의 전력 소비 절감 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 이동 무선국에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 디지털 이동 무선 시스템을 도식적으로 보여주는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 이동 무선국의 블록도.

도 3은 무선기지국의 블록도.

도 4는 TDMA 프레임을 보여주는 도면.

도 5는 물리적인 채널을 통해 전달되는 논리적 채널의 조합을 보여 주는 도면.

도 6은 전력 측정을 수행하기 위한 종래 기술의 타이밍도.

도 7은 본 발명에 따라 전력 소비 절감 방법을 설명하는 타이밍도

본 발명의 목적은 이동 무선국이 인접 셀에서 전력 측정이 최적화 되는 전용 모드에 있는 동안에 이동 무선 시스템의 전력 소비 절감 방법을 제공하는 것이다. 이 때문에 청구항의 서문에 한정한 전력 소비 절감 방법은 청구항 1의 특징부에서 청구된 대로 특성화된 특징들을 가졌다. 이와 함께, 이동국은 긴 기간동안 전력을 적게 공급받을 수 있어서, 더 많은 전력 절약이 얻어진다.

본 발명은 이동통신기 설비의 최적의 사용 즉, 빠른 신시사이저(synthesizer) 안정과 최적수의 프래임 당 측정의 수행은, 단일 프래임에서 더 많은 측정이 집약되도록 하는 가능성을 생성하는 것과, 그래서 다른 프래임들은 더 적은 전력 측정을 포함하거나, 심지어 전력 측정을 전혀 포함하지 않을 수 있다는 거의 인식에 기초한다. 이 '침묵'시간에서, 이동국은 전력 절감 모드를 채택할 수 있다. 이와 함께, GSM 표준을 적용할 때 보다 더 많은 전력 절감이 획득되고, 따라서 이동국의 더 긴 호출(call)과 대기시간이 획득된다. 청구된 방법은 GSM 표준에 거스르는 것으로 이해되지만, 제안은 표준을 수정하기 위해 만들어 질 수 있다. 게다가, 청구항 1에서 청구된 대로 보다 더 최적의 방법이 유익하게 미래의 이동 무선 표준들에 적용될 수 있다.

실시예들은 종속항에 청구되어 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예를 드는 방법으로 설명될 것이다. 도면을 통해 동일한 참조번호는 동일한 특성을 위해 사용되었다.

도 1은 무선 셀이나 무선 영역에서의 이동국을 담당하는 많은 기지국(BS1, BS2, BS3, BS4, BS5, BS6과 BS7)을 포함하는 본 발명에 따른 디지털 이동 무선 시스템(1)을 도시한다. 셀들은 육각형 구조로 나타내어진다. 이동국(MS1과 MS2)은 도 1에 도시된다. 이동 무선국은 무선 기지국(BS1) 근처에 있어서, BS1은 사용되는 기지국일 것이고 BS2 내지 BS7은 인접 기지국 즉 사용되지 않는 기지국일 것이다. 이동 무선국(MS1)으로부터 점선은 이동 무선국(MS1)이 이동 무선 시스템 1을 통해서 이동 할 수도 있다는 것을 가리킨다. 이동 무선국(MS1)이 이동하고 있을 때, 다른 기지국은 사용되는 지국(serving station)이 될 수도 있다. 추가로 도시된 것은 예에서 무선 기지국(BS1, BS5와 BS6)인 다수의 기지국들에 결합된 기지국 제어기(BSC)이다. 기지국 제어기(BSC)는 다른 기지국 제어기가 결합될 수 있는 이동 교환국(MSC)에 결합되어 있다. 어떤 이동 교환국은 유선전화(WPH)와 같은 고정 네트워크 가입자의 공중 교환 전화 네트워크(PSTN)로의 게이트들을 가진다. 또한 다른 이동 전화 시스템이 고정 네트워크(PSTN)에 결합 될 수 있다. 다른 운영자에 의해 운영되는 이동 전화 시스템은 지리적으로 분리되거나 겹쳐진 지역을 담당할 수도 있고, 동일 주파수대역을 공유하거나 다른 주파수대역에서 운영할 수 있다. 이론적으로 다수의 시스템이 서로 간섭하지 않도록 주파수들은 다른 운영자에게 할당된다. 그러한 디지털 이동 무선 시스템(1)은 900MHz대역에서 동작하는 GSM 시스템 및/또는 1800MHz대역에서 동작하는 DCS 1800 시스템, 또는 동일하거나 다른 운용자에 의해 동작되는 시스템의 임의의 조합이 될 수 있다. 주어진 예에서, 이동 무선 시스템은 GSM 및/또는 DCS 1800 시스템 및/또는 PCS 시스템(미국에서 1900 MHz 대에서 운용되는 DCS 1800의 파생물)이어서, 시스템은 단일, 이중 또는 삼중 대역의 시스템이 될 수 있다. 조합은 또한 E-GSM (Extended GSM) + DCS1800 + PCS 가 될 수 있다. ETSI (European Telecommunications Standards Institute : 유럽 통신 표준 협회)에 의해 표준화된 GSM 시스템은, 두 개의 25 MHz 대역, 이동국 네트워크로 송신하는 890-915 MHz 업링크(uplink)대역 및 대역 사이의 주파수의 채널이 200Hz 대역폭을 갖는 기지국이 이동국에 전송하는 935-960 다운링크(downlink)대역을 갖는 디지털 이동 무선 시스템이다. 이동통신기와 기지국간의 무선 통신은 45 MHz의 이중 간격을 가진 완전한 이중구조이다. GSM 시스템은 절대 무선 주파수 채널 수(ARFCN)가 주어진 124개의 액티브 주파수 채널을 가진다. 이와 함께, 업링크와 다운링크 대역 안의 주파수는 890 MHz + 0.2 MHz*n 및, 업링크 채널 주파수는 + 45 MHz의 주파수로 한정된다. 무선 셀은 FDMA (Frequency Division Multiple Access : 주파수 분할 다중 억섹스)를 기초로 한 셀 안의 이동국에 할당 될 수 있는 1 과 16 사이의 주파수들을 가진다. 소위 E-GSM (Extended GSM)에서는, 174 주파수 채널에 있다. DCS 1800에서는, 업링크는 1710-1785 MHz 대역을 점유하고, 다운링크는 1805-18880 MHz대역을 점유하며, 이중간격은 95 MHz이다. 200 MHz의 주파수 채널 대역폭과 함께, DSC 1800은 374 주파수 채널을 가진다. GSM과 E-GSM을 구별하기 위하여, DCS 1800은 512에서 885의 범위 안에서 ARFCNs를 가진다. 이들 모든 시스템들에서, 물리적인 무선 채널 자원은 FDMA와 TDMA를 기초로 하여 할당된다. TDMA에서는, 각 주파수는 더 나아가 0에서 7까지 번호가 매겨진 8개의 다른 시간 슬롯들로 세분되며, 각각은 이동 전화 가입자나 사용자에게 할당되어 질 수 있다. 8개의 시간 슬롯들의 집합은 4.615 msec의 지속기간을 가진 GSM에서 물리적인 프레임을 형성한다. GSM 시스템의 더 자세한 설명을 위하여, 참조되는 것은 에스.엠.레들(S.M.Redl)등에 의한 안내서 ("GSM 안내 (An Introduction to GSM)",아르테크 하우스사 1995년 출판,PP.71-77,86-100,111,과 163-165)이다.

도 2는 본 발명에 따른 이동 무선국(MS1)의 블록도를 도시한다. 이동 무선국 (MS1)은 듀플렉서(21)를 통해 수신 경로와 송신 경로에 결합된 안테나(20)를 포함한다. 수신 경로는 RF-증폭기와 필터(22)와 다운믹서(23)와 복조기(24)를 포함하고, 송신 경로는 변조기(25), 업믹서(26), 및 전력 증폭기(27)를 포함한다. 복조기와 변조기(24와 25)는 디지털 신호 프로세서, 프로그램 메모리와 랜덤 엑세스 메모리, 이동 무선국(MS1)에서의 구성요소를 제어하기 위한 입/출력포트, 및 이 기술분야에서 공지된 다른 처리 가능출력과 같은 구성요소를 포함하는 기저대역 및 음성 처리 및 제어 유닛(28)에 결합된다. 추가로 도시된 것은 수신된 무선 채널의 전계 강도 측정을 위한 수신 신호 세기 표시기(29)이고, 표시기(29)는 무선 부분과 제어 유닛(28), 바람직한 무선 채널을 맞추기 위한 제어 가능한 주파수 신시사이저(30), 마이크(31) 및 스피커(32) 사이에 결합된다. 설명된 수신 및 송신 경로와 유사한 구조를 가진 다른 수신 및 송신 경로(33과 34)에 있어서, 이동 무선국은 다중 대역 지국(multi-band station)이 될 수 있음을, 예를 들면, 이중 대역지국은 GSM 과 DCS 1800 신호를 수신할 수 있거나 삼중 대역지국은 세 개의 다른 시스템으로부터 신호를 수신할 수 있음을 나타낸다. 이동국(MS1)에서, 도시된 블록들을 포함한 집적 회로와 다른 회로는 전력 소비를 줄이기 위해 유닛(28)에 의해 전력이 절감될 수도 있다. 이후에, 본 발명에 따른 전력 소비 절감이 설명 될 것이다.

도 3은 한 트랜시버가 보다 상세하게 도시된 다수의 트랜시버를 포함하는 무선 기지국(BS1)의 불럭도를 도시한다. 도시된 트랜시버는 RF 증폭기/필터(40)와 다운믹서(41)를 포함하는 수신 경로와 업믹서(42)와 전력증폭기(43)를 포함하는 송신 경로를 포함하는데, 증폭기/필터와 전력 증폭기는 추가로 안테나(45)에 결합되는 듀플렉서(44)에 결합된다. 게다가 믹서(47)와, 믹서 사이의 점선들은 같은 트랜시버 구조의 반복을 나타낸다. 모든 믹서들은 복조기와 변조기를(상세히 도시되지 않는) 통하여 프로그램된 컴퓨터 장치(48)에 결합되고, 장치(48)는 GSM 시스템에 있어서 공지된 신호 작업과 기지국 내부 제어 작업을 수행하도록 프로그램 된다.

도 4는 TDMA 프레임(FR)을 도시한다. 주어진 예에서, 1로 번호가 매겨진 시간슬롯은 이동 무선국에 할당된다. 전력을 절약하기 위해, 이동국은 적어도 2에서 7과 0으로 번호 매겨진 중간 시간슬롯들 동안 송신을 차단한다. GSM에서, 업링크와 다운링크 시간슬롯은 세 개 슬롯만큼 오프셋된다. 이와 함께, 완전한 이중 동작은 TDD (time division duplex : 시분할 이중)를 기초로 하여 얻어진다. 주파수들과 시간슬롯의 물리적인 FDMA/TDMA 채널구조는 논리적인 트래픽과 제어 데이터를 전달하기 위한 전달하는 수단이다.

도 5는 실제적 채널을 통하여 전달될 논리적 채널들의 조합들을 도시한다. 논리적 채널, 트래픽 및 제어 채널은 도시된 실제 채널들로 매핑된다. 도시된 것은 다운링크 방향에서 물리적 채널 위에서 전달되는 논리적 채널 조합의 51개 프레임 의 다중프레임 신호 전달 프레임이다. 이동 무선 네트워크에 대한 이동통신기기의 초기 동기를 위해, 0으로 번호가 매겨진 프레임은 51-다중-프레임의 주파수 정정 채널(F)이고, 후속되는 프레임에서의 동기 채널이다. 프레임(2-5)은 BCCH 데이터와, 무선 기지국에서 이동통신국에 방송되는 시스템 메세지를 전달하고, 프레임( 6-9)은 이동국을 호출하기 위한 패이징 채널(PCH)과 요청에 따라 이동국에 전용 신호를 인증하기 위한 접속 인증 채널과 같은 보통의 제어 채널을 전달한다. 네트워크에 대한 주파수와 시간 동기화 이후에, 이동국은 BCCH로부터 시스템 및 셀 데이터를 판독한다. 도시된 51-다중-프레임은 셀에서 유용한 임의의 주파수로도 전송 될 수 있으나, 항상 0번으로 번호가 매겨진 시간슬롯 위에서만 전송된다. 이와 함께, 이동국은 언제나 동기 정보와 시스템 방송 메시지를 쉽게 찾을 수 있다. 이러한 조합이 송신되는 주파수는, 인접한 셀로 표시하기 위해 인접 셀에서 기준으로써 사용된다. 즉, 인접 셀들에서의 이동통신기들은 시간슬롯(0)동안 이 주파수 상에서 주기적인 측정을 수행한다.

도 6은 전력 측정을 수행하기 위한 종래 기술의 타이밍 도를 도시한다. 유럽 통신 표준 초안 ETS 300 578의 상기 8.1.3장에서, 이동국이 전력 측정을 수행하는지 즉, 전용 모드에 있는 동안 인접 셀 BCCH 반송파들 상에서의 전계 강도 측정을 어떻게 수행하는지가 명기되어 있다. 전용 모드에 있는 이동 무선국(MS1)은 측정 주기의 각각의 TDMA 프레임(FR)에 있어서 인접 셀 상에서 적어도 한번의 전력 측정을 실행할 것을 규정한다. 측정결과는 관련된 채널을 통하여 이동 무선 네트워크로 통보된다. 전력 절약이라는 관점으로부터 그러한 측정 절차는 비능률적이다. 도 6에서, "R"은 주어진 예에서 무선 기지국 BS1에 의해 커버된 사용되는 셀의 시간슬롯에서 수신된 버스트의 수신과 균등화를 지시하고, "T"는 사용되는 셀에서 이동국에 의한 버스트의 전송을 지시하고, "M"은 인접 셀의 BCCH 반송파들 상에서 전력 측정을 지시한다. BCCH를 통해, 이동 무선국(MS1)은 이 인접 BCCH 반송파들에 관해서 알게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 전력 소비 삭감 방법을 설명하는 타이밍 도를 도시한다. 주파수 합성기(30)의 가능출력을 안정화시키는 중에, 가능한 많은 전력 측정이 단일 프레임으로 집약되었다. 하나의 실시예에 있어서, 프레임(FR1)에서 2개의 전력측정이 되고, 곧 바로 이어지는 프레임(FR2)에서는 전력측정이 이루어지지 않는다. 이와 함께, 무선 회로는 PDN 기간동안 전원공급이 줄어들 수 있어, 전력 절감이 얻어진다. 만약 세 개의 전력측정이 하나의 프레임으로 집약된다면, 다음 두 개의 연속된 프레임들은 전력측정없이 구성될 수 있고, 이 프레임들에서 이동 무선국은 전력 절감 모드를 채택할 수 있다. 이와 함께, 더 많은 전력 절감이 획득된다. 전체적인 관점에서 자유도의 수는 단일 프레임에 집약할 수 있는 추가적인 측정의 수에 따라 증가하지만, 여전히 측정 버스트들은 가능한 고르게 분배되도록 배열될 수 있다. 이와 함께, 현재의 GSM 표준에 근접한 메커니즘이 획득된다. 전용 모드는 통화모드 또는 전용 신호 전달 모드가 될 수 있다.

앞서 말한 관점에서 다양한 변경들이 다음에 첨부한 청구항들에 의해 한정된 본 발명의 사상과 범주 내에서 만들어 질 수 있고 본 발명은 제공된 예들에는 한정되지 않음이 당업자에게는 자명할 것이다.

Claims (7)

1. 무선 주파수 반송파에서 시간슬롯의 프레임의 형태로 주파수 분할과 시간 분할 무선 자원을 포함하고, 적어도 하나의 무선 기지국과 다수의 이동국을 포함하는 디지털 이동 무선 시스템 내에서의, 전력 소비 절감 방법으로서,

   이동 무선국이 전용 모드에 있을 때,

   a) 통보 기간 동안 무선 이동국을 통해 상기 이동 무선국을 다루는 셀의 인접 셀을 담당하는 무선 기지국의 인접 채널 반송파들의 전력 측정을 수행하는 단계를 포함하는, 전력 소비 절감 방법에 있어서,

   b) 의미있는 측정 샘플들을 얻기 위해 이동국의 무선 주파수 하드웨어에 의해 허용된 대로 최적의 수의 프레임 당 전력측정을 수행하는 단계;

   c) 상기 통보 기간의 프레임들에 걸쳐서 동일하지 않게 상기 전력 측정을 분배하는 단계; 및

   d) 상기 통보 기간의 프레임들에 걸쳐서 프레임 당 전력 측정이 고르게 분배되었으면, 전력 측정들을 수행하기 위해 필요할지도 모를 시간 간격동안 상기 이동국의 전원 공급을 절감하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 소비 절감 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전력 측정은, 정수 n인 프레임들마다 이루어지고, 전력 소비 절감은 다른 프레임들에서 획득되어지는, 전력 소비 절감 방법.
3. 제 2항에 있어서, n은 2와 동일한, 전력 소비 절감 방법.
4. 제 1항에 있어서, 최대 수의 측정은 단일 프레임마다 집약되고, 전체적으로 측정의 필요한 수의 통보 기간에 걸친 가능한 분배로서 균일성은, 측정이 없는 프레임의 최대 수를 생성하도록 적용되는 전력 소비 절감 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 전용 모드는 호출 모드인 전력 소비 절감 방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 전용 모드는, 전용 채널이 무선 기지국을 포함한 네트워크와 이동무선국 사이의 전용 정보의 호출 설정 또는 교환을 위하여 이동기지국에 할당되어지는 모드인 전력 소비 절감 방법.
7. 이동 무선국에 있어서,

   청구항 1에서 청구된 대로의 방법을 적용하는, 이동 무선국.