KR20040027165A

KR20040027165A - 이동 통신 시스템의 가변 폐쇄루프 전력제어 방법

Info

Publication number: KR20040027165A
Application number: KR1020020058935A
Authority: KR
Inventors: 남호성
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-01

Abstract

본 발명은 CDMA 시스템에서 이동국과 기지국 사이에 일어나는 폐쇄루프(Closed Loop) 전력제어 시 가변적인 전력제어 증감을 통해 좀더 정밀한 전력제어를 수행함으로써, 상호 시스템간의 간섭을 줄여 신호 대 간섭비에 의해 결정되는 CDMA 시스템의 셀용량(사용자 용량)을 증가시킬 수 있도록 하는 이동 통신 시스템의 가변 폐쇄루프 전력제어 방법에 관한 것으로, 이동국(또는 기지국)은 수신 신호를 복조하여 전력 제어 비트를 추출하여 송신전력을 제어함에 있어서, 동일한 전력제어 명령이 세 번 이상 반복되면(PCMD(t) = PCMD(t-Tp) = PCMD(t-2Tp)), 미리 정해진 K(1보다 큰 값) 만큼의 송신전력을 증감시키는 단계와; 상기 동일한 전력제어 명령이 두 번 이하로 반복되는 경우(PCMD(t) = PCMD(t-Tp) ≠PCMD(t-2Tp))는 1dB 단위로 송신전력을 증감시키는 단계와; 상기 전력제어 명령이 1, -1을 반복하게 된다면(PCMD(t) ≠PCMD(t-Tp)), 1/K 만큼의 송신전력을 증감시키는 단계를 포함하여 이루어짐으로써 달성할 수 있다.

Description

이동 통신 시스템의 가변 폐쇄루프 전력제어 방법{VARIABLE POWER CONTROLLING METHOD FOR CLOSED LOOP OF MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 이동 통신 시스템의 가변 폐쇄루프 전력제어 방법에 관한 것으로, 특히 CDMA 시스템에서 이동국과 기지국 사이에 일어나는 폐쇄루프(Closed Loop) 전력제어 시 가변적인 전력제어 증감을 통해 좀더 정밀한 전력제어를 수행함으로써, 상호 시스템간의 간섭을 줄여 신호 대 간섭비에 의해 결정되는 CDMA 시스템의 셀용량(사용자 용량)을 증가시킬 수 있도록 하는 이동 통신 시스템의 가변 폐쇄루프 전력제어 방법에 관한 것이다.

CDMA 시스템은 간섭에 의해 시스템의 성능과 용량이 결정되는 간섭 제한(Interference-limited) 시스템이다. 왜냐하면, 모든 이동국으로부터 전송되는 신호가 같은 주파수를 공유하기 때문에, 시스템 내에서 발생한 내부 간섭(Internalinterference)이 시스템 용량(System capacity)과 음성 품질(Voice Quality)을 결정하는 중요한 역할을 한다.

그러므로, 각 이동국으로부터 전송되는 전력은 서로간의 간섭량을 제한하기 위하여 조절되어야 한다. 이때, 전력 레벨은 만족할 만한 음성 품질을 위하여 적절한 수준을 유지해야 한다.

이동국이 이동함에 따라, RF 환경이 저속 및 고속 페이딩(Slow and Fast Fading), 쉐도잉(Shadowing), 외부 간섭(External Interference) 그리고 다른 것들에 의하여 계속 변화한다. 전력 제어의 목적은 순방향과 역방향 링크에서 링크 품질을 정해진 수준 이상으로 유지하면서 전송 전력을 제한하는 데에 있다.

CDMA 시스템에서 용량을 최대화하기 위해서는 각 단말기의 신호가 기지국에 최소한의 신호 대 잡음비를 가지고 수신되어야 한다. 단말기의 송신전력이 낮으면 통화품질이 낮아지고, 높으면 그 단말기의 통화품질은 좋아지나, 같은 채널을 사용하는 다른 단말기에 간섭을 크게주어 다른 가입자의 통화품질이 나빠진다.

따라서, 모든 가입자가 양호한 통화품질을 유지하며 용량을 최대로 하기 위해서는 기지국에 수신되는 각 단말기의 수신전력이 같고, 그 크기가 최소한의 신호 대 간섭비를 가지도록 각각의 단말기 송신전력을 제어해야 하며, 또한 CDMA 시스템의 원근단 간섭 문제(near-far problem)를 해결하기 위해서도 꼭 필요하다.

원근단 간섭 문제를 최소화하기 위하여, CDMA 시스템에서는 기지국에서 모든 이동국들의 수신 신호의 전력 레벨을 동일하게 만든다. 이때 수신 신호 전력 레벨의 목표값은 사용자에 의하여 정의된 성능 평가값(예를 들면, BER, FER, dropped-call, and coverage)을 만족시킬 수 있는 최소값이다. 이를 위하여, 기지국에 근접해 있는 이동국은 기지국에 멀리 떨어진 이동국에 비하여 그 송신 전력을 낮게 유지해야 한다.

CDMA 시스템에서 전력제어는 크게 개방형 루프(open-loop) 전력제어와 폐쇄형 루프(Closed-loop) 전력제어로 나뉘는데, 개방형 루프는 주로 이동국과 기지국 사이의 거리에 따른 보상을 위한 것으로, 각 이동국은 지정된 기지국 총 CDMA 채널의 총 수신전력을 측정한다. 이때 복조된 신호를 사용하지 않고 전체전력을 감시하므로 동기시간, 기지국명, 경로손실 등을 모르는 상태에서 신속하게 추정할 수 있다.

그러나, 이동국과 기지국에서는 송수신부의 부정합, 주파수 대역이 달라져서 나타나는 상이한 페이딩 특성 및 같은 이동국과 기지국에서 통신을 하더라도 순방향(기지국 →이동국)과 역방향(이동국 →기지국) 채널의 차이점으로 인하여 서로 상대편 채널의 경로 손실을 정확하게 예측할 수 없다. 이러한 오차를 수정하기 위하여 각 이동국이나 기지국은 기준이 되는 신호 대 간섭비와 비교하여 상대편 채널에 주기적인 저속의 전력제어 명령(Power control command)을 내리고, 이에 따른 상대편 기지국과 이동국은 출력을 조절한다. 이러한 방법을 폐쇄루프 전력제어라 한다(IS-95 에서는 역방향에만 쓰였다. 그러나 진화된 IS-2000이나 WCDMA에서는 역방향과 순방향 모두 폐쇄루프 전력제어를 도입했다.)

다음 도1은 종래의 폐쇄루프 전력제어 방법의 개략적인 과정을 보인 순서도로서, 이에 도시된 바와 같이 이동국(또는 기지국)은 수신 신호를 복조하여 전력제어 비트를 추출하여, 그 전력 제어 비트에 따라 송신 전력을 1dB 단위로 업 또는 다운시킨다. 또한 신호 대 간섭비를 측정하여 기준값보다 큰지 작은지 여부에 따라, 기준값보다 크면 송신전력을 업(UP) 시키도록 하는 전력제어 비트를 삽입하고, 기준값보다 작으면 송시전력을 다운(Down) 시키도록 하는 전력제어 비트를 삽입하여 기지국(또는 이동국)으로 신호 전송을 한다.

일반적으로, 셀룰라 환경에서는 이동국의 움직임으로써 발생하는 도플러 효과에 의해 페이딩(Fading)이 발생한다. 특히 이동국과 기지국의 오류율에 큰 영향을 주는 것은 고속 페이딩(레일웨이 페이딩이라고 한다)으로, 폐쇄루프 전력제어는 순방향, 역방향 링크의 페이딩이 다른 점 및 고속 페이딩의 영향을 보상해주기 위한 것이다.

일반적인 페이딩 채널의 특성은 한 개의 심볼에서 에러가 발생하면 연집하여 연속적으로 에러가 발생하는 연집 채널이라 볼 수 있다. 즉, 현재 전력의 수신 상태가 기준치보다 높은 상태이면 전력을 낮추어 주어야 하는데, 만일 이와 같은 명령이 반복된다면 신호는 이동단말이 전송해야 할 전력보다 높게 송신되고 있으므로, 전력을 이 상황에 적합하도록 빠르게 감소시키는 것이 요구된다.

그러나, 현재의 시스템은 한번의 전력제어로 증감할 수 있는 한계가 1dB로 고정되어 있다. 즉, 이런 고정적인 사이즈를 가진 전력제어는 연집 채널의 환경에 빠른 적응을 하기가 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, CDMA 시스템에서 이동국과 기지국 사이에 일어나는 폐쇄루프(Closed Loop) 전력제어 시 가변적인 전력제어 증감을 통해 좀더 정밀한 전력제어를 수행함으로써, 상호 시스템간의 간섭을 줄여 신호 대 간섭비에 의해 결정되는 CDMA 시스템의 셀용량(사용자 용량)을 증가시킬 수 있도록 하는 이동 통신 시스템의 가변 폐쇄루프 전력제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이동국(또는 기지국)은 수신 신호를 복조하여 전력 제어 비트를 추출하여 송신전력을 제어함에 있어서, 동일한 전력제어 명령이 세 번 이상 반복되면(PCMD(t) = PCMD(t-Tp) = PCMD(t-2Tp)), 미리 정해진 K 만큼의 송신전력을 증감시키는 단계와; 상기 동일한 전력제어 명령이 두 번 이하로 반복되는 경우(PCMD(t) = PCMD(t-Tp) ≠PCMD(t-2Tp))는 1dB 단위로 송신전력을 증감시키는 단계와; 상기 전력제어 명령이 1, -1을 반복하게 된다면(PCMD(t) ≠PCMD(t-Tp)), 1/K 만큼의 송신전력을 증감시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 폐쇄루프 전력제어 방법의 개략적인 과정을 보인 순서도.

도 2는 본 발명에 따른 종래의 폐쇄루프 전력제어 방법의 개략적인 과정을 보인 순서도.

본 발명은 연집하여 에러가 발생하는 페이딩 채널에서, 이전에 수신된 전력제어 명령이 '감소'였고 다음에 수신한 명령 또한 '감소'였다면, 똑같은 양보다 더 많은 양을 감소시킴으로써 전력제어 목표치에 빨리 근접시키게 하고, 또한 전력제어 명령이 이전 명령과 다르면 현재 신호 대 간섭비의 임계치의 부근에서 신호 세기가 변화되고 있는 것이므로, 이럴 경우에는 좀 더 적은 증감 양을 갖도록 함으로써 전력제어 목표치에 빨리 근접시키게 하는 방법에 관한 것이다.

상술한 바와 같이 종래의 연집 채널 특성을 이용하여 좀 더 빠르게 전력제어 목표치에 도달하기 위해서는 전력제어 단계를 여러 가지로 나누는 것이 좋다. 즉, 증감의 전력제어 비트를 한 비트에서 다중 비트로 두어 그 차이에 해당하는 만큼 전력제어를 함으로써 전력제어의 정확성 측면에서 이득이 크다고 볼 수 있다. 그러나, 전력제어 비트를 이동국과 기지국간의 통화채널로 전송하기 때문에 채널의 용량을 감소시키는 측면이 있고 이미 IS-2000과 WCDMA 규격에도 한 비트를 이용하는 것으로 정해졌기 때문에 구현 가능성이 비현실적이라 할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 한 비트를 이용하여 이전의 전력제어 명령에 따라 전력제어의 증감의 양을 결정하도록 하기 위한 것으로, 기존의 폐쇄루프 전력제어 방식을 보면 다음 수학식1과 같이 나타낼 수 있다.

P(t) = P(t-Tp) + K*PCMD (단위 dB)

여기서, P(t) = 송신 전력,

Tp = 전력제어 주기,

PCMD = 전력제어 명령(+1 또는 -1),

K = 정해진 증감 상수,

즉, 기존의 시스템에서는 일반적으로 전력제어 주기(Tp)는 800Hz 또는 1600Hz의 주기를 갖고, PCMD는 기지국 또는 이동국이 신호 대 간섭비를 비교하여 미리 정해진 임계치보다 크면 -1, 작으면 +1로써, 상대방의 이동국 또는 기지국에서 보내진 값이며, 증감 상수 K값은 변화하지 않는다.

이와 대비하여 본 발명에 의한 전력제어 방식은 다음 수학식2와 같이 나타낼 수 있다.

P(t) = P(t-Tp) + △K*PCMD(t) (단위 dB)

여기서, P(t) = 송신 전력,

Tp = 전력제어 주기,

PCMD(t) = 전력제어 명령(+1 또는 -1),

△K = K:(PCMD(t)=PCMD(t-Tp)=PCMD(t-2Tp))

= 1:(PCMD(t)=PCMD(t-Tp)≠PCMD(t-2Tp))

= 1/K:(PCMD(t)≠PCMD(t-Tp))

이때, K는 1보다 크다.

상기 수학식2에서 전력제어 명령이 세 번 이상 반복되면, 지금의 채널 상태에서의 신호 대 간섭비가 임계치와 멀리 떨어져 있다고 판단하고, 미리 정해진 K 만큼의 전력을 증감시킨다. 그렇지 않을 경우는 기존의 전력제어를 따른다. 또한 전력제어의 명령이 1, -1을 반복하게 된다면 신호 대 간섭비가 임계치 부근에 있다는 것을 뜻하므로, 1/K 만큼의 전력을 증감시키도록 하는 것이다.

상기 알고리즘에서 K는 실제적인 시스템에서 테스트를 통하여 가장 효율적인 값을 찾도록 해야 한다. 일반적으로 K값이 크면, 채널의 기억성에 대한 응답이 빨라지므로, 전력의 목표치에 빨리 도달하는데 이 응답특성이 어느 값 범위를 넘어서면 과도한 보상이 발생하며, 목표치 전력을 넘어서는 더욱 큰 전력 이득이 발생하여, 목표치를 벗어나는 경우가 생길 수 있으므로 K는 테스트를 통하여 적당한 값을 찾아야 한다.

다음, 도2는 본 발명에 따른 종래의 폐쇄루프 전력제어 방법의 개략적인 과정을 보인 순서도로서, 이에 도시된 바와 같이 전력제어 비트를 검출하여 그에 따라 송신전력 제어를 수행하는 과정은 비슷하지만, 송신전력의 증감 범위는 송신제어 명령의 반복 주기에 따라 다르게 조정됨을 알 수 있다.

즉, 동일한 전력제어 명령이 세 번 이상 반복되면(PCMD(t) = PCMD(t-Tp) = PCMD(t-2Tp)), 지금의 채널 상태에서의 신호 대 간섭비가 임계치와 멀리 떨어져 있다고 판단하고, 미리 정해진 K 만큼의 전력을 증감시킨다. 그렇지 않을 경우(PCMD(t) = PCMD(t-Tp) ≠PCMD(t-2Tp))는 기존의 전력제어를 따른다.

또한, 전력제어의 명령이 1, -1을 반복하게 된다면(PCMD(t) ≠PCMD(t-Tp)) 신호 대 간섭비가 임계치 부근에 있다는 것을 뜻하므로, 1/K 만큼의 전력을 증감시키도록 하는 것이다.

이에 따라, 본 발명은 기존의 전력제어 방법보다 일반적인 무선 셀룰라 환경인 페이딩 환경에 대해 좀더 견고하게 신호 대 간섭비를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 이동 통신 시스템의 가변 폐쇄루프 전력제어 방법은, CDMA 시스템에서 이동국과 기지국 사이에 일어나는 폐쇄루프 전력제어 시 가변적인 전력제어 증감을 통해 좀더 정밀한 전력제어를 수행함으로써, 상호시스템간의 간섭을 줄여 CDMA 시스템의 셀용량을 증가시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims

이동국(또는 기지국)은 수신 신호를 복조하여 전력 제어 비트를 추출하여 송신전력을 제어함에 있어서,

수학식1에 의해 동일한 전력제어 명령이 세 번 이상 반복되면(PCMD(t) = PCMD(t-Tp) = PCMD(t-2Tp)), 미리 정해진 K 만큼의 송신전력을 증감시키는 단계와;

상기 동일한 전력제어 명령이 두 번 이하로 반복되는 경우(PCMD(t) = PCMD(t-Tp) ≠PCMD(t-2Tp))는 1dB 단위로 송신전력을 증감시키는 단계와;

상기 전력제어 명령이 1, -1을 반복하게 된다면(PCMD(t) ≠PCMD(t-Tp)), 1/K 만큼의 송신전력을 증감시키는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 가변 폐쇄루프 전력제어 방법.

(수학식1)

P(t) = P(t-Tp) + △K*PCMD(t) (단위 dB)

여기서, P(t) = 송신 전력,

Tp = 전력제어 주기,

PCMD(t) = 전력제어 명령(+1 또는 -1),

△K = K:(PCMD(t)=PCMD(t-Tp)=PCMD(t-2Tp))

= 1:(PCMD(t)=PCMD(t-Tp)≠PCMD(t-2Tp))

= 1/K:(PCMD(t)≠PCMD(t-Tp))

이때, K는 1보다 큰 값.
제1항에 있어서, 상기 전력제어 명령이 세 번 이상 반복되면 지금의 채널 상태에서의 신호 대 간섭비가 임계치와 멀리 떨어져 있다고 판단하고, 상기 전력제어 명령이 1, -1을 반복하면 신호 대 간섭비가 임계치 부근에 있는 것으로 판단하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 이동 통신 시스템의 가변 폐쇄루프 전력제어 방법.