KR20090063085A

KR20090063085A - 다중화율을 고려한 상향링크 전력제어 방법

Info

Publication number: KR20090063085A
Application number: KR1020080113261A
Authority: KR
Inventors: 김동철; 임빈철; 곽진삼; 이욱봉
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2007-12-12
Filing date: 2008-11-14
Publication date: 2009-06-17
Also published as: US20100254292A1; JP5081981B2; CN101897133A; JP2011507330A; US8830904B2; KR101572880B1

Abstract

무선 이동 통신 시스템에서, 하나의 자원(resource)을 2명 이상이 함께 사용하는 경우에 시스템 내의 간섭은 낮은 수준으로 유지하는 방법이 공개된다. 멀티 셀 환경(multi cell environment)의 광대역 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하기 위해, 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수에 관한 정보를 기지국으로부터 수신하고, 수신된 이동국의 개수를 기초로 전력 조정 값(power adjustment value)을 산출하여, 산출된 전력 조정 값을 기준 송신 전력에 반영하여 업링크 송신 전력을 결정한다. 이때, 기준 송신 전력은 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 1개의 이동국만이 사용하는 경우의 1개의 이동국의 송신 전력과 동일하다.

협력적 MIMO, 다중 사용자 MIMO, 전력제어

Description

다중화율을 고려한 상향링크 전력제어 방법{A METHOD FOR CONTROLLING UPLINK POWER CONTROL CONSIDERING MULTIPLEXING RATE/RATIO}

본 발명은 광대역 무선 이동 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 송신 전력제어에 관한 것이다.

차세대 이동통신 및 무선 전송 시스템에서는 데이터 전송률과 시스템 용량의 향상을 위하여, 다수의 안테나를 이용하여 데이터를 전송하는 다중 입출력(multi-input multi-output) 방식이 사용되고 있다.

단일 사용자 MIMO(single user multiple input multiple output)는 2개 또는 그 이상의 안테나를 가진 한 개의 이동국과 2개 또는 그 이상의 안테나를 가진 기지국 사이에서 채널 행렬 H를 형성하는 것이다.

이에 비해, 다중 사용자 MIMO 또는 협력적 MIMO는 "1개의 안테나를 가진 2 이상의 이동국"과 "다수 개의 안테나를 가진 1개의 기지국" 사이에서 채널 행렬 H를 형성하는 것이다. 상향 링크 협력적 MIMO의 개념이 도 1에 도시되어 있다. 이 방법의 장점은, 첫째, 이동국 입장에서는 한 개의 송신 경로만 있으면 되므로, 이동국에는 1개의 파워앰프만 있으면 된다. 또한 비록 다른 이동국과 함께 MIMO로 동작하고 있더라도, 하나의 이동국은 하나의 안테나로 송신을 하므로 이동국의 출력을 안테나 별로 나누지 않아도 되어, 일반적인 MIMO에서의 3dB 전력 손해를 겪지 않아도 된다. 둘째, 앞에 설명한 대로 두 이동국을 적절히 선택하면 한 이동국 내에 2개의 안테나를 설치한 경우보다 훨씬 우수한 채널 행렬 H를 얻을 수 있다.

1세대 MIMO 방식이 기지국과 한 명의 사용자 간에 여러 개의 안테나를 통하여 동시에 복수 개의 정보를 전송하는 것을 가정하고 있었다면, 다중 사용자 MIMO 방식은, 도 1과 도 2에서 볼 수 있듯이, 기지국과 복수의 사용자 사이에서 MIMO SM(spatial multiplexing)을 위한 행렬을 만드는 방법이다. MIMO의 기본 개념에서 유추할 수 있듯이, MIMO SM을 위한 채널 특성 행렬은, 행렬의 내부 값들 사이의 상관도가 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 여러 명의 사용자들을 한 번에 고려를 한다면, 사용자들의 안테나 사이에서는 보다 더 낮은 상관도가 예상되므로 더 우수한 형태의 채널 특성 행렬을 얻을 수 있다.

특히 도 2에서 만일 단일 사용자 MIMO 밖에 사용할 수 없다면, 기지국은 특정 순간에 임의의 이동국과 2*2 행렬을 형성할 때에, 가장 높은 전송 속도를 달성하기 위해 어떤 이동국과 2*2 행렬을 형성해야 하는지를 결정하여야 한다. 만약 기지국이 User-1과 MIMO를 형성하게 되면 총 2.5 Mbps(2.0+0.5)의 전송 속도를 달성할 수 있으며, User-2와 MIMO를 형성하면 총 2.0Mbps, User-3과 MIMO를 형성하면 1.8Mbps를 달성할 수 있다. 따라서, 기지국은 주어진 순간에 User-1과 단일 사용자 MIMO를 형성하게 된다.

그러나, 만약 다중사용자 MIMO를 사용하게 되면, 서로 다른 송신 안테나에 실리는 신호를 서로 다른 사용자에게 전송되는 신호로 결정할 수도 있으므로, 이 경우에는 안테나 #1에는 User-1로 전송되는 신호를 싣고 안테나 #2에는 User-2로 전송되는 신호를 실어서, 총 3.5Mbps(2.0+1.5)의 전송 속도를 달성할 수 있다.

다중사용자 MIMO 시스템에서도, 특정 순간에 기지국과 한 사용자 사이에서 얻을 수 있는 전송 속도가 모든 조합 중 가장 높은 경우에는 기지국과 단일 사용자 사이에서MIMO가 형성될 수도 있다. 따라서, 다중사용자 MIMO가 단일 사용자 MIMO보다 더 넓은 개념이라고 이해할 수 있다.

종래 기술에 의하면, 동일한 자원(resource)을 동시에 사용하여 전송하는 사용자의 수에 상관없이, 1명의 사용자만이 특정 자원을 사용한다고 가정하는 단일 사용자 전력제어 방식을 사용한다. 그러나, 실제로는 다중 사용자 MIMO와 같이 동일 자원을 여러 명의 사용자가 사용하는 경우가 발생할 수 있다.

그런데, 무선 이동 통신 시스템 내에서, 사용자 수가 증가하게 되면 사용자로부터 송신되는 신호의 전력의 합이 커지게 되고, 따라서 시스템 내의 각 통신 기기에 대한 간섭량이 증가하게 된다. 증가된 간섭량은 기지국의 수신 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 멀티 셀 환경에서는, 특정 셀 내에서 동일 자원을 사용하는 이동국의 수가 증가하게 되면, 그 특정 셀에 이웃한 인접 셀 내의 동일 자원을 사용하는 이동국에 대한 간섭이 증가할 수 있다. 따라서, 동일 자원에서 여러 명의 사용자가 전송하는 경우는 이를 고려한 요소가 전력제어 방식에 반영되어야 한다.

본 발명은 상향링크에서 전력제어를 수행할 때에, 하나의 자원을 2명 이상이 사용하는 다중 사용자 다중화를 고려하여, 단일 사용자 전력제어 방식에서와 동일한 간섭 수준을 유지하는 것을 목적으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법은, 동일 시간에 동일한 자원이 할당된 사용자의 개수에 관한 정보를 수신하는 단계, 위의 수신된 사용자의 개수를 기초로 업링크 전력 제어를 수행하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 양상에 따른 멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법은, 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수에 관한 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계, 위의 수신된 이동국의 개수를 기초로 전력 조정 값을 산출하는 단계, 및 위의 산출된 전력 조정 값을 기준 송신 전력에 더하여 위의 업링크 송신 전력을 결정하는 단계를 포함하며, 위의 기준 송신 전력은 위의 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 1개의 이동국만이 사용하는 경우의 위의 1개의 이동국의 송신 전력과 동일하다.

여기서, 2 이상의 이동국이 업링크 시간-주파수 자원을 공유한다는 것은, 2 이상의 이동국이 동일한 시간에 동일한 주파수를 사용하여 신호를 전송한다는 것을 의미한다. 또한, 위의 산출된 전력 조정 값을 기준 송신 전력에 더하는 연산은, 산출된 전력 조정 값과 기준 송신 전력 값이 모두 로그 스케일(log scale)로 표시된 경우를 가정한 것이다. 만일, 산출된 전력 조정 값과 기준 송신 전력 값이 선형 스케일(linear scale)로 표시된 경우에는 곱셈 또는 나눗셈 연산을 사용할 수 있다.

바람직하게는, 위의 산출하는 단계에서, 위의 전력 조정 값은 -M(dB)로 주어지며, 여기서 M은 위의 수신된 이동국의 개수일 수 있다. 또는, 위의 산출하는 단계에서, 위의 전력 조정 값은 위의 수신된 이동국의 개수 및 MCS(modulation coding scheme) 레벨을 독립변수로 포함하는 조인트 함수(joint function)에 의해 산출될 수 있다.

여기서 조인트 함수라고 하는 것은, 그 함수의 아웃풋이 서로 0 또는 0이 아닌 상관관계를 갖는 입력 변수의 값에 의해 결정됨을 의미할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른, 멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법은, 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수에 관한 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계, 및 위의 수신된 이동국의 개수 및 기준 송신 전력을 독립변수로 포함하는 조인트 함수에 의해 위의 업링크 송신 전력을 결정하는 단계를 포함하며, 위의 기준 송신 전력은 위의 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 1개의 이동국만이 사용하는 경우의 위의 1개의 이동국의 송신 전력과 동일하다.

본 발명의 또 다른 양상에 따른 멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법은, 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수를 결정하는 단계, 위의 결정된 이동국의 개수가 포함된 하나 이상의 파라미터를 기초로 이동국의 송신 전력을 결정하는 단계, 위의 결정된 송신 전력에 관한 정보를 포함하는 송신 전력 명령 메시지를 생성하여 위의 생성된 송신 전력 명령 메시지를 위의 이동국에게 전송하는 단계를 포함한다.

여기서, 위의 결정된 이동국의 개수가 포함된 하나 이상의 파라미터에는 기지국에서의 잡음 전력 레벨 또는 간섭 신호 레벨을 포함할 수 있다. 이 방법은 주기적 또는 비주기적으로 계속하여 반복될 수 있다.

바람직하게는, 위의 전송하는 단계는 주기적으로 수행될 수 있다. 또는, 위의 송신 전력 명령 메시지는 위의 이동국에 대한 지정 메시지(dedicated message)일 수 있다. 또는, 위의 이동국의 개수가 전 주파수 밴드에 걸쳐 동일한 값을 갖도록 결정된 경우에 위의 송신 전력 명령 메시지는 브로드캐스트 메시지(broadcast message)일 수 있다. 또는, 위의 이동국의 개수를 결정하는 단계에서, 시점 T1에서의 이동국의 개수 M1 및 시점 T2에서의 이동국의 개수 M2가 산출이 되고, 위의 M1 및 위의 M2 중 더 늦게 산출된 이동국의 개수가 위의 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수로 결정될 수 있다.

즉, 상술한 방법은 수회 반복될 수 있기 때문에, 위의 송신 전력 메시지는 여러 번 전송될 수 있다. 전송되는 송신 전력 메시지들 사이에서, 동일한 자원을 공유하는 이동국의 개수는 2회 이상 반복되어 결정될 수 있다. 이때, 송신 전력 명령 메시지를 전송하기 바로 이전에 결정된 이동국의 개수만을 이용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상에 따른, 멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법은, 기지국에서, 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수를 결정하여 이동국에게 전송하는 단계, 위의 이동국에서, 위의 이동국의 개수를 수신하여 위의 이동국의 개수를 기초로 전력 조정 값을 결정하는 단계, 위의 결정된 전력 조정 값을 기준 송신 전력 값에 더하여 위의 업링크 송신 전력을 결정하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 위의 기준 송신 전력 값은, 이미 송신된 프레임 중 마지막 프레임의 송신 전력일 수 있다. 또는, 위의 기준 송신 전력 값은, 위의 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 1개의 이동국만이 사용하는 경우의 위의 1개의 이동국의 송신 전력과 동일할 수 있다. 여기서, 위의 전력 조정 값은 -M(dB)로 주어지며, 여기서 M은 위의 수신된 이동국의 개수일 수 있다. 또는, 위의 산출하는 단계에서, 위의 전력 조정 값은 위의 수신된 이동국의 개수 및 MCS 레벨을 독립변수로 포함하는 조인트 함수(joint function)에 의해 산출될 수 있다.

본 발명에 의하면, 멀티 셀 환경의 광대역 무선 이동 통신 시스템에서, 동일한 시간-주파수 자원을 2 이상의 이동국이 함께 사용하는 경우에 시스템 내의 간섭 전력을 감소시킬 수 있다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시형태들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시되는 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 돕기 위해 구체적인 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 알 것이다. 예를 들어, 이하의 설명에서 일정 용어를 중심으로 설명하나, 이들 용어에 한정될 필요는 없으며 임의의 용어로서 지칭되는 경우에도 동일한 의미를 나타낼 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일하거나 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.

종래 기술에서는, 하나의 자원을 하나의 사용자(single user)만이 사용한다고 가정하고 전력제어를 한다. 따라서, 하나의 자원을 2 이상의 사용자가 사용하는 다중 사용자 다중화 방식(multi user multiplexing scheme)을 경우에는 간섭 레벨이 증가하여 통신 성능이 감소한다. 특히 멀티 셀 환경에서는 인접 셀로부터의 전파에 의한 간섭에 의해 통신 성능이 저하될 수 있다. 동일한 자원을 사용하는 이동국의 수가 늘어나게 되면, 그만큼 인접 셀에 미치는 간섭량이 증가하게 된다. 이 경우 간섭에 의한 성능 저하가 크게 나타날 수 있다. 따라서 다중 사용자 다중화 방식을 고려한 전력제어가 필요하다. 이하, 본 문서에서 하나의 사용자는 하나의 이동국으로 지칭될 수 있다.

모든 CDMA 방식은 주파수 자원을 효율적으로 사용하기 위하여 주파수 재사용률(frequency reuse factor) 1을 사용하므로, 동일한 주파수 채널을 여러 가입자와 여러 개의 기지국이 동시에 함께 사용할 수 있다. 또한, OFDMA와 같은 방식에서도 협력적 MIMO 또는 다중 사용자 MIMO와 같은 방식을 사용할 경우에는 동일한 주파수 채널을 여러 사용자 또는 여러 기지국이 동시에 함께 사용할 수 있다. 따라서, 동일 주파수를 사용하는 동시 통화자 및 기지국들은 서로 간의 간섭을 야기하게 되므로, 이러한 간섭이 적절하게 제어가 되어야 시스템에 원활하게 동작하게 된다.

통화자들에게 동일한 품질을 보장한다는 의미에서 비동기 무선 이동 통신 방식에서는 BLER(Block Error Rate), 동기식에서는 FER(Frame Error Rate)이 품질 기준이 된다.

전력제어는 1) 자기 기지국 통화 용량의 최대화 2) 이동국 배터리 수명 연장 3) 인접 기지국 통화 용량의 최대화 4) 균일한 통화 품질 유지를 위해 사용된다.

전력제어는 크게 개루프(open loop) 전력제어와 폐루프(close loop) 전력제어로 나누어진다.

개루프 전력제어에서, 상향링크에서 통화를 시도할 때 및 기지국의 호출에 대한 응답을 보낼 때에, 이동국은 수신된 하향링크 신호로부터 기지국과 이동국 사이의 경로 감쇄를 유추할 수 있다. 기지국은, 이렇게 유추된 경로 감쇄, 기지국에서의 잡음 레벨, 기지국에서의 간섭 레벨 등을 기초로 상향링크 전송 출력을 결정한다. 이와 같은 방법으로 이동국 출력을 가능한 최소화함으로써 상향링크 통화 용량 및 품질에 미치는 영향을 최소화한다.

모든 이동국에 대하여 동일 MCS 레벨 및 동일 대역폭(bandwidth)이 사용된다고 가정할 때에, 동기식과 비동기식의 개루프 전력제어 모두 기지국으로부터 가까이 있는 이동국은 낮은 출력으로 신호를 송신하고, 멀리 있는 이동국은 높은 출력으로 신호를 송신한다.

동기식 CDMA 에서의 개루프 전력제어 수식은 아래와 같다.

- cdma mobile_tx_power = -RSSI + PowerOffset + NomPwr + IniPwr + Init_coorection

- RSSI: 이동국에서 수신된 모든 기지국으로부터의 수신세기

- PowerOffset: 주파수와 확산율(spreading rate)에 따른 상하향 경로감쇄(pathloss) 보상값

- NomPwr, IniPwer: 랜덤 액세스(random access) 초기 출력의 가중치(weight)를 결정하는 보상값

- Init_correction: 이동국에서 측정된 Ec/Io 값에 따라 이동국 출력값을 보상.

여기서 PowerOffset은 주파수와 무선 구성(Radio Configuration)에 따라 정의되는 상수이고, Init_correction은 이동국에서 측정된 Ec/Io 값에 따라 출력을 보상해 주는 파라미터이다. NomPwer와 IniPwr는 운용자(operator)에 의해 지정되는 인위적인 보상값(compensation value) 파라미터이다.

위의 수식에서 알 수 있듯이, 동기식 CDMA 에서의 개루프 전력제어는 전적으로 기지국으로부터의 거리에 따른 수신전력의 세기로 결정하게 된다. 그러나 실제 이동국의 수신전력은 통화량에 따라 최대 64dB까지 증가하는 기지국의 출력 변동이나 여러 기지국의 신호가 겹치는 지역에서 수신전력이 증가하는 편차 등 여러 가지 요소에 의하여 변할 수 있다. 그리고 이에 대하여 이동국은 마치 기지국과의 거리가 가까워진 것으로 착각하여 개루프 전력제어를 수행하는 오차가 발생하게 된다. 또한 통화량 증가나 불특정한 잡음에 의한 기지국 수신 잡음레벨이 증가하는 경우 이동국의 출력을 그만큼 더 높여 송신하여야 하지만, 그러한 상태 변화를 이동국은 알지 못하므로 이동국은 적절히 출력을 증가시키지 못할 수 있다. 이는, 액세스 채널 프로브 전송(channel probe transmission) 횟수를 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다. 즉, 이동국에서의 수신 전력 세기만으로 기지국과의 거리를 유추하는 방식은 많은 오차를 나타낼 수 있다.

이러한 오차를 방지하기 위하여 비동기 방식에서는 좀 더 정밀한 개루프 전력제어 기능을 수행하기 위하여 아래의 두 가지 요소를 반영한다.

첫째, 기지국 출력은 통화량에 따라 변화할 수 있음을 고려하여 통화량에 무관하게 일정한 출력을 유지하는 CPICH(common pilot channel) 출력 레벨을 모든 이동국들에게 브로드캐스팅 해 주게 되며, 이동국에서는 전체 수신전력이 아닌 CPICH만의 수신 코드전력(RSCP: Received Signal Code Power)을 측정하여 기지국으로부터 이동국까지의 정확한 경로 감쇄를 산출할 수 있게 된다. CPICH 출력레벨은 BCH(물리채널 기준으로는 P-CCPCH)의 SIB 5 메시지를 통하여 반복적으로 브로드캐스팅 된다.

두 번째, 기지국은 기지국의 수신 잡음 레벨을 BCH(P-CCPCH) SIB 7 메시지를 통하여 주기적으로 브로드캐스팅 함으로써 이동국에게 기지국 수신잡음 극복을 위하여 개루프 전력제어의 레벨을 얼마만틈 증가시켜 송신하여야 하는지를 알려주게 된다.

이와 같은 원리에 의하여 결정된 WCDMA 개루프 전력제어 출력은 다음과 같이 결정된다.

- RACH initial power = Path_loss + BS_수신잡음 + RACH_Target_Echo

= CPICH_Pwr - RSCP + UL interference + Constatn_Value

- CPICH_Pwr: PSC가 가장 강하게 수신되는 기지국의 하향링크 CPICH의 출력

- RSCP: Received Signal Code Power, 이동국에서 수신된 CPICH 채널의 수신세기

- UL interference: 기지국 수신단에서 측정된 잡음 레벨

- Targer_Echo: Random Access 수신을 위한 Ec/Io 목표값, Constant Value

DPCCH Initial power = DPCCH_Power_Offset - CPICH_RSCP

DPCCH_Power_Offset = Req. Eb/No + Primary CPICH Tx Power + RTWP + 10log(R/W) + 10log((DPCCH/DPDCH)/(1+DPCCH/DPDCH)) + Tx Antenna gain - Rx Diversity gain

- DPCCH_Power_Offst 값은 RRCConnectionSetup message로 전송

- DPDCH initial power = DPCCH power * (β_d/β_c)

폐루프 전력제어는 내부루프(inner loop) 전력제어 및 외부루프(outer loop) 전력제어로 나뉘어진다.

내부루프 전력제어는, 상향링크에서 통화 중, 이동국의 출력을 기지국이 적절하게 수신 가능한 최소 전력이 되도록 조절함으로써 상향링크 통화 용량을 최대화하고 타 기지국에 미치는 간섭 영향을 최소화하는 것이다. 즉, 기준(reference) Eb/No 또는 SIR 값보다 필요 이상으로 채널 상태가 좋은 이동국은 출력 레벨을 낮추도록 하고, 기준 값보다 현재의 채널 상태가 좋지 않은 이동국은 이동국의 최대 출력 허용치 내에서 출력 레벨을 높이도록 한다. 또한 전력제어는 이동국의 배터리 수명을 연장한다. 내부루프 전력제어는 Node-B와 이동국 사이에 빠르게 이루어지므로 빠른 전력제어(fast power control)라고 한다. 하향 링크에서 통화중인 DCH (dedicated channel)의 출력을 최적화함으로써 하향링크 용량을 최대화하고 타 기지국 영역 내의 이동국들에 미치는 간섭 영향을 최소화 한다.

상향링크 내부루프 전력제어에서, 상향링크 PDCCH(physical downlink control channel) 파일롯 심볼의 SINR 값을 측정한 기지국에서 측정된 SINR (signal to interference/noise ratio) 값이 목표 SINR 값보다 높으면 하향링크 DPCCH(dedicated physical control channel)의 TPC (transmission power command) 명령을 이용하여 이동국 출력을 낮추도록 명령을 내리게 되며, 반대로 목표 SINR 값보다 낮으면 이동국 출력을 높이도록 명령을 내리게 된다. 이때 이동국 출력에 대한 제어는 정확히 표현하면, 상향링크 DPCCH 전력에 대한 제어를 의미하며, DPCCH의 전력은 지정된 비율에 따라 DPCCH에 연동되어 움직이게 된다(도 4 참조)

DPDCH (dedicated physical data channel)와 DPCCH에 대한 레벨 설정 파라미 터 β_d/β_c 값은 기지국으로부터 지정되거나 이동국 내부에서 계산으로 설정될 수 있다.

HSDPA(high speed downlink packet access)의 상향링크 HS-DPCCH의 전력 또한 DPCCH에 대하여 지정된 비율 β_hc 값의 비율로 연동되어 움직인다.

한 개의 DCH 10msec 프레임은 15개의 슬롯으로 구성되어 있고 상향링크 전력제어는 슬롯단위로 이루어지므로 상향링크 내부루프 전력제어는 1,500회/초의 빈도로 이루어지게 된다. 이에 비하여 동기식에서의 폐루프 전력제어의 속도는 800회/초가 된다.

도 3은 안정된 전파 상태에서의 내부루프(inner loop) 전력제어에 의한 단말 출력의 변화를 나타낸 것이다.

상량링크 전력제어는 완벽하게 실시간이라기보다는 약간의 시간 지연을 갖는 폐루프 반응에 의하여 이루어진다. 따라서 아무리 안정된 전파상태라고 하더라도 이동국의 출력은 완전히 균일하지는 않고 도 3과 같이 일정한 주기와 일정한 변동폭을 가지는 삼각파 모양의 변동을 나타낼 수 있다. 이러한 변동 폭은 폐루프 지연에서 기인하는 일종의 지터(jitter)라고 볼 수 있다.

하향링크 내부루프 전력에서, 하향링크 DCH 신호를 수신한 이동국에서는 DPCCH 파일롯 심볼의 SINR을 측정하여 측정한 SINR값이 임계값 이하이면 자신에게 할당된 하향링크 DPDCH 전력을 높이도록 명령하게 되고 반대로 임계값 이상이면 DPDCH 전력을 낮추도록 명령하게 된다.

도 4는 상하향 DCH의 프레임 구조와 상향링크 내부루프 전력제어의 동작을 나타낸 것이다.

도 5는 하향링크 내부루프 전력제어의 동작을 나타낸 것이다.

도 6은 하향링크 DPDCH와 DPCCH의 전력비율을 나타낸 것이다.

상향링크 내부루프 전력제어는 상향링크 DPCCH의 레벨을 제어하는 것에 반하여 하향링크 내부루프 전력제어는 하향링크 DPDCH의 레벨을 제어하게 된다(도 4, 도 5참조). 하향링크 DPCCH의 TFCI (transport format combination information), TPC, 파일롯 심볼의 DPDCH에 대한 전력 비율은 도 6에서와 같이 PO1, PO2, PO3 파라미터로 정의되어 운용자에 의하여 지정이 된다.

HSDPA의 HS-DSCH 채널의 경우, 진폭(amplitude)에도 전송정보가 포함되는 16QAM 변조 기법이 사용되는 서브프레임 구간 동안에는, 전송정보가 포함된 진폭의 변화가 발생하지 않도록, 어떠한 전력제어도 수행되어서는 안 된다.

하량링크 전력제어는 운용자에 의하여 매 슬롯 단위로 이루어지거나 (DPC_MODE=0) 3개 슬롯 단위로 이루어지도록 (DPC_MODE=1) 지정할 수 있다. 핸드오버 상태인 이동국이 DPC_MODE=1로 지정되면 이동국은 상향링크 DPCCH의 TPC 명령을 세 개 슬롯 단위에서 동일한 값으로 전송하도록 할 수 있다.

통화자가 실질적으로 느끼는 통화 품질의 기준은 SINR이 아니라 BLER (block error rate) 또는 FER (frame error rate)이다. 이와 같이 SINR 만으로 내부루프 전력제어를 하면, 목표 BLER 값보다 너무 낮은 BLER 특성을 나타내어 불필요한 이동국의 과다 출력으로 다른 통화자의 통화 품질과 통화 용량을 저하시키거나, 반대 의 경우 자신의 통화 품질 유지에 문제가 발생하게 된다. 이와 같이 내부루프 전력제어의 SINR 기준 값을 특정한 값에 고정시키지 않고 전파 환경에 따라 10msec 단위로 변화시켜 실측된 BLER 값이 목표 BLER 값을 유지하도록 하는 과정을 외부루프 전력제어라고 한다.

외부루프 전력제어는 하향링크와 상향링크에 모두 적용되며 일반적으로 1초에 수회의 낮은 빈도로 동작이 이루어진다.

도 7은 외부루프(outer loop) 전력제어에 의한 Eb/No 값의 변화의 예를 나타낸 것이다.

표 1은 통화자의 전파상태에 따라 AMR (adaptive multi rate) 음성 서비스가 BLER 1% 품질을 유지하기 위하여 요구되는 SINR 값을 보이고 있으며, 도 7은 ITU-R Pedestrian A 채널모델에서 AMR 음성서비스에 대한 BLER을 1%로 유지하기 위하여 외부루프 전력제어 기능에 의해 목표 E_b/N_o 값이 변화하는 예를 보이고 있다. 표 1의 내용처럼 동일한 통화품질을 유지하기 위해 요구되는 E_b/N_o(또는 SINR) 값이 이동국이 철한 전파환경에 따라 다르기 때문에, E_b/N_o(또는 SINR) 값이 전력제어의 최종 목표가 될 수 없다는 것을 알 수 있다.

Multipath	UE speed(km/h)	Average E_b/N_otarget(dB)
Non-fading	-	5.3
ITU Pedestrain	3	5.9
ITU Pedestrain	20	6.8
ITU Pedestrain	50	6.8
ITU Pedestrain	120	7.1
3-path equal powers	3	6.0
3-path equal powers	20	6.4
3-path equal powers	50	6.4
3-path equal powers	120	6.9

도 8은 상향링크 외부루프 전력제어의 동작 원리를 설명한 것이다.

도 9는 외부루프 전력제어에 의한 타겟 SIR의 제어를 나타낸 것이다.

SIR_Down_Step 값과 SIR_Up_Step 값을 조합하면 도 9과 같이 목표 BLER 값을 추정할 수 있다. 이때 블록 에러(block error)는 외부루프 전력제어의 루프 지연 값 만큼씩 연속적으로 발생하게 된다.

예를 들어 loop delay=0이라고 가정하고(즉, 이벤트가 발생하면 실시간적인 제어가 이루어진다고 가정), SIR_Up_Step이 5dB, Targer_BLER=1%이면 99개의 양호한 프레임(good frame)과 1개의 비양호한 프레임(bad frame)이 존재한다. 따라서 99개의 프레임 구간 동안 5dB의 감소(down)이 이루어지므로 Down_Step은 5dB/99가 된다.

외부루프 전력제어는 동기식, 비동기식 모두 동일한 원리와 동작 절차를 갖는다.

표 2 및 표 3은 상하향 링크 내부루프 전력제어와 외부루프 전력제어를 위하여 정의되는 파라미터의 종류와 역할에 대하여 설명하고 있다. 모든 전력제어의 궁극적 목적은 동일한 품질의 BLER의 유지에 있기 때문에, 각종 전력제어에 의한 BLER 목표 값 설정이 전력제어 동작의 시작이 된다. 일반적으로 1% 또는 2%로 설정이 된다.

파라미터	설명
BLER_QUALITY_VALUE	DL BLER 목표값
DPC_MODE	DL 전력제어 모드 1: 매 TPC 동작 0: TPC 3개 단위로 동작
PO1	DPDCH 대비 TFCI 비트의 레벨
PO2	DODCH 대비 TFC 비트의 레벨
PO3	DPDCH 대비 PILOT 비트의 레벨
TPC_DLSTEP_SZ	전력제어 스텝
INIT_TX_PWR	DL DCH의 초기 출력 레벨
MAX_PWR	DL DCH의 최대 출력 레벨
MIN_PWR	DL DCH의 최소 출력 레벨

파라미터	설명
PWRCTRL_ALG	UL 전력제어 알고리즘 선택 1: 1 슬롯 단위 전력제어 1500Hz 2: 5 슬롯 단위 전력제어 300Hz
BLER_QUALITY_VALUE	UL BLER 목표값
UL_SIR	OLPC SIR 초기 목표값
MAX_SIR	OLPC SIR 최소값
MIN_SIR	OLPC SIR 최대값
MAX_ULTX_PWR	이동국 최대 출력
TPC_STET_SZ	UL 전력제어 스텝

HSDPA의 물리채널인 HS-PDSCH는 AMC가 적용되는 채널이다. 따라서 수신 이동국의 전파상태에 따라 HS-PDSCH에 사용되는 변조기법이나 유효 채널코딩 이득을 조절하여 현재의 전파상태가 허용하는 최대의 데이터 속도를 달성하도록 제어하게 된다. 즉, HS-PDSCH의 레벨은 균일하게 유지가 되더라도 (전력제어가 적용되지 않더라도) AMC 기능에 의하여 수신기에 도착하는 비트 에너지는 일정하게 유지가 되기 때문에 AMC 기능이 하량링크 전력제어 기능을 대체할 수 있다.

HSDPA AMC는 30dB의 다이나믹 레인지를 갖는다. 따라서 30dB의 채널 전파 상태의 변화에 대해서는 우선적으로 AMC가 링크 적응 방식으로 사용되며, 이를 넘어서는 경우에는 이차적으로 전력제어가 사용된다. 즉, AMC에 정의된 가장 높은 변조등급과 채널 코딩을 사용한 경우에도 채널 상태가 지나치게 좋게 보고되는 경우에는 과도한 전력을 사용하고 있는 것이므로 전력제어를 통하여 출력 레벨을 낮추게 된다.

도 10은 HSDPA 물리채널 HS-DPSCH에 대한 전력 할당의 두 가지 방법을 나타낸 것이다.

HS-PDSCH에 대한 전력 할당은 표준규격에서 명확히 정의되어 있지 않으나 실제 구현의 경우에는 도 10에 설명된 것처럼 HS-DPSCH용으로 일정한 RF 전력을 할당하거나 기존의 WCHMA Release 99를 서비스하고 남는 기지국 HPA 전력을 모두 HS-PDSCH에 할당하는 방법이 있을 수 있다.

HS-PDSCH의 제어정보를 전송하는 물리채널인 상향링크의 HS-DPCCH에 대한 전력제어는, 상향링크 DPCCH에 대한 지정된 비율로 정적으로 설정이 이루어진다.

상하향 링크의 각종 물리채널들의 RF 전력레벨은 시스템 운용자에 의한 정적인 레벨 설정과 전송 속도에 따른 레벨 변화, 동적인 전력제어 기능 등에 의하여 RF 레벨의 변동이 발생한다.

도 11은 전력제어의 구현 원리를 설명하기 위한 것이다.

다음과 같은 순서에 의해 전력제어의 구현 원리를 이해할 수 있다.

1단계) 전력제어의 목적은 동일한 BLER(또는 FER)이다. 따라서 전력제어는 타겟 BLER을 기준으로 시행하여야 한다.

2단계) 그러나, 한 개의 블록(프레임) 시간 10msec (동기식은 20msec) 동안 전파의 수신세기는 다중 반사파에 의하여 매우 심하게 그리고 매우 빠르게 변화하기 때문에, 블록(프레임) 단위의 이동국 출력 제어는 무의미할 수 있다. 따라서 이를 보완하기 위하여 한 개의 블록(프레임) 내에서도 채널 변화에 따라 민감하게 동작하는 빠른 전력제어가 요구되며, Node-B에서는 수신 타겟 BLER을 반영하는 값 중 하나인 SINR(또는 Eb/No) 임계값을 새로운 전력제어의 목표값으로 설정하여 내부루프 전력제어를 수행하게 된다.

3단계) 하지만 BLER과 SINR 임계값이 항상 일치하지는 않는다. 즉 통화자의 움직임에 따라 BLER과 SINR의 상관관계가 변화하게 된다. 따라서, Node-B에서의 전력제어 목표값인 SINR 임계값은 항상 전력제어의 최종 목표인 타겟 BLER에 연동되어 조절되도록 할 수 있다.

다시 말하면, 3GPP WCDMA의 전력제어는 다음과 같이 구현된다. RNC에서는 일정 시간 동안 수신 품질을 측정하여 수신 품질이 목표값 (목표 BLER)에 비해 낮으면 Node-B에서의 목표 SINR 값을 높이도록 하고, 수신 품질이 목표값에 비해 지나치게 높으면 적절하게 목표 SINR 값을 낮춘다. 이렇게 정해진 목표 SINR 값을 만족하기 위해, Node-B에서는 빠른 속도의 내부루프 전력제어가 이루어진다.

도 12는 전력제어 종류 간의 상관 관계와 위치를 설명하고 있다. 기본적으로 동기식 비동기식 모두 동작간의 상관관계와 위치는 동일하다. 단 무선데이터 전송이 중요하게 인식되지 못하였던 동기식 CDMA IS-95A, B에서는 하향링크 전력제어의 위치와 구조가 다소 다르다.

이상, 상술한 내용은 본 발명에 의한 전력제어를 이해하는데 도움이 되는 내용을 서술한 것으로서, 이 기술 분야에서 실제로 구현되고 있는 동기식/비동기식 시스템의 예로서 설명한 것이다. 그러나, 본 발명의 청구범위에 의해 청구되며 후술하는 실시예들에 의해 뒷받침되는 본 발명의 내용은 상술한 시스템들에만 한정되어 적용되는 것은 아니라는 것을 이해할 수 있다.

지금까지 전력제어의 개념을 구체적으로 설명하기 위하여 CDMA 시스템을 예를 들었지만, 상술한 전력제어의 개념은 OFDA/OFDMA 시스템에도 적용할 수 있다.

OFDM은 심벌간 간섭 효과를 감쇄시키기 위해 주파수 대역을 다수의 직교 부반송파로 분할하여 데이터를 전송하는 다중 반송파 변조 기법이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여, 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 송신한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다. 각각의 직교 채널은 상호 독립적인 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 경험하게 되고, 전송되는 심벌의 간격이 길어져 심벌간 간섭이 최소화될 수 있다. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA)은 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다. OFDMA는 부반송파라는 주파수 자원을 각 사용자에게 제공하며, 각각의 주파수 자원은 다수의 사용자에게 독립적으로 제공되어 서로 중첩되지 않는 것이 일반적이다. 결국 주파수 자원은 사용자마다 상호 배타적으로 할당된다. 따라서, OFDMA에서는 CDMA와는 달리 전체 주파수 영역을 여러 개의 서브밴드(sub-band)로 나누어 처리할 수 있다.

OFDMA 시스템에서도 기지국과 단말 간의 거리에 따른 경로손실(path-loss) 및 인접 셀로부터의 간섭에 의한 셀간 간섭(inter-cell interference)을 줄이기 위한 하나의 방법으로 전력제어 기법을 사용한다. 전력제어 기법을 사용함으로써 무선통신 시스템의 서비스 품질(quality of service; QoS)을 어느 정도 유지하면서 가장 낮은 전력 레벨로 데이터를 전송할 수 있도록 송신전력을 조절할 수 있다.

아래에 설명하는 실시예들은 OFDMA 시스템에 적용할 수 있다. 그러나, 멀티 셀 환경에서 동일한 주파수 대역은 동일 시간에 함께 사용하는 이동국이 복수개가 있는 시스템에도 본 발명을 적용할 수 있다.

<실시예 1> 개루프 전력제어

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 업링크 개루프 전력제어에 있어서, 하나의 시간-주파수 영역 자원을 1개의 이동국이 사용하는 경우와 2 이상의 이동국이 동시에 사용하는 경우에 대한 전력제어 동작 방법에 대하여 설명한다.

본 실시예에 따라 동일 자원을 2 이상의 이동국이 사용하는 경우에 전력을 제어하는 방법은, 동시 사용자의 수(M)의 함수로 표현되는 전력제어 방법을 이용한다. 이 방법에 의하면, 기본적으로 시간-주파수 영역 자원을 1개의 이동국이 사용할 경우의 전력제어 방법에서 얻을 수 있는 간섭 레벨을 그대로 유지하면서도, 성능이 저하되지 않는다.

예를 들면, 하나의 자원 영역(시간, 주파수)에서 1개의 이동국의 하나의 안테나로부터 송신되는 신호가 기지국의 복수의 안테나에 의해 수신되는 제1 방식과, 2 이상의 이동국이 동시에 신호를 전송하는 제2 방식이 있을 수 있다. 이하, 이 명세서(specification)에서 제1 방식은 SI_MO 방식으로 지칭될 수 있다. 이때, 제2 방식은 CSM (collaborative spatial multiplexing) 또는 VSM (virtual spatial multiplexing) 방식일 수 있다. 제2 방식에서는 제1 방식에 비해 각 기지국, 또는 셀/섹터에서 동일 자원을 사용하여 전송하는 이동국의 개수가 많게 된다. 이때 제2 방식에서의 이동국 당 송신 전력을 제1 방식의 이동국 당 송신 전력과 동일하게 설정하는 경우, 다른 셀 또는 섹터에 미치는 간섭량은 증가하게 된다. 따라서, 다른 셀 또는 섹터에 미치는 간섭량을 증가시키지 않기 위해서는, 동시에 전송되는 이동국의 개수를 고려하는 방식으로 송신 전력을 제어할 필요가 있다. 이 방식에 따른 송신 전력제어 수식은 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.

Tx_power_level(dBm)= Tx_Power_{_SI_MO} + f(M) [dBm per subcarrier]

수학식 1에서 dBm per subcarrier가 아니라 dBm per Hz일 수 있다. 이 값이 결정되면 이동국에서 전송될 총 전력을 결정할 수 있다. 여기서, Tx_Power__{SI_MO}는 제1 방식에 의해 설정되는 각 이동국 당 송신 전력을 나타낸다. f(M)은 동일 자원을 사용하여 동시에 전송하는 이동국의 개수(M)에 다른 송신 전력의 조정 값(adjustment value)을 나타낸다. 수학식 1은 전송되는 MCS(modulation and coding scheme)과 관계될 수도 있다.

만일, 수학식 1이 MCS 레벨과 관련되지 않은 경우에는, f(M)은 수학식 2 또는 수학식 3으로 표현될 수 있다.

f(M) = -(M)dB

f(M) = -(M-1)dB

이 실시예에 따른 방식에 의하면, 2 이상의 이동국이 동일 자원을 동시에 사용하여 신호를 전송하는 경우에 인접한 다른 셀 또는 섹터에 미치는 간섭량은, 1개의 이동국이 신호를 전송하는 경우에 인접한 다른 셀 또는 섹터에 미치는 간섭량과 동일할 수 있다.

만일, 수학식 1이 MCS 레벨과 관련이 되어 있다면 수학식 1은 수학식 4과 같이 수정될 수 있다.

Tx_power_level(dBm)= Tx_Power_{_SI_MO} + f(M,MCS)

이때, f(M, MCS)은 동일 자원을 사용하여 동시에 전송하는 이동국의 개수(M) 및 MCS 레벨에 따른 송신 전력의 조정값(adjustment value)을 나타낸다

수학식 2 또는 수학식 4를 일반화하면 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

Tx_power_level(dBm)= f(Tx_Power_{_SI_MO}, M, MCS)

도 13은, 이 실시예에 의해 시뮬레이션 하였을 때에 얻을 수 있는 IoT 레벨을 나타낸다.

도 13은, OFDMA 시스템에서, 이동국이 상술한 방식 1 및 방식 2에 의해 신호를 송신하였을 때에, 각 섹터의 각 시간대에서의 IoT 레벨의 CDF(cumulative distribution function)를 보여준다. 여기서 IoT는 열 잡음(thermal noise)에 대한 간섭(Interference over thermal noise)를 지칭하는 것으로서, IoT = (I+N)/N이다. 여기서, I는 이동국들이 타 기지국에게 미치는 총 간섭량, N은 열 잡음(thermal noise)의 파워를 나타낸다. 도 13의 (a)는 방식 1에 의한 시뮬레이션 결과이고, 도 13의 (b)는 방식 2에 의해 시뮬레이션 했을 때의 결과이다.

상술한 바와 같이 수학식 1을 사용하여 전력제어를 한다면, 각 자원영역에서 1개의 이동국이 전송하였을 때의 평균 IoT 레벨 및 IoT의 분포는, 2 이상의 이동국이 전송하였을 경우의 평균 IoT 레벨 및 IoT의 분포와 비슷하게 될 수 있다. 따라서, 시스템의 성능을 개선할 수 있다.

이때, 도 13에서는 IoT=(I+N)/N을 본 실시예에 따른 성능 평가의 기준으로 삼았지만, NI (= Interference + noise), 또는 단순히 간섭 레벨 (Interference level)을 성능 평가의 기준으로 삼을 수 있다.

<실시예 2> 폐루프 전력제어 1

본 발명의 다른 실시예에 따른 폐루프 전력제어를 위한 수학식은 수학식 6 또는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

P_new = P_last + Δ_TPC

P_new = A + Δ_TPC

수학식 6에서 P_new는 새로운 프레임에서의 송신 전력을 나타내고, P_last는 이전 프레임에서의 송신 전력을 나타내며, Δ_TPC는 위의 양 송신 전력의 차이를 나타 낸다. 수학식 7에서 A는, 기준이 송신 전력으로서, 1개의 이동국에 대한 폐루프 전력제어의 식과 동일할 수 있다. Δ_TPC는 기지국에 의해 주기적으로 또는 비주기적으로 이동국에게 전송될 수 있다. Δ_TPC가 주기적으로 전송되는 경우, 변화 주기는 서브프레임, 프레임, 라디오 프레임 단위가 될 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 14는 전송 전력제어 신호의 수신 및 업링크 전송과의 관계를 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 폐루프 전력제어의 경우, 기지국은 일정한 주기에 따라 또는 비주기적으로 이동국에게 TPC(transmission power command) 메시지를 전송할 수 있다. 이 경우, 도 14과 같이, 하나의 시간-주파수 영역의 자원을 동시에 사용하는 이동국의 개수 M이 TPC 메시지를 받는 주기보다 자주 변화될 수 있다. 예를 들어, 도 14에서 TPC가 3번 전송되는 동안 M은 4번 바뀐다. 이 경우에, 상향링크를 이용하여 데이터를 전송하는 이동국은 전송파워를 결정할 때에, M 값을 반영할 수 있다. M 값은 기지국이 결정하여 이동국에게 전송할 수 있다.

예를 들어, TPC 메시지는 특정 시간-주파수 영역의 자원을 사용하는 1개의 이동국에 대한 전력 변경 량을 dB 단위로 나타낸 것일 수 있다. 또는 TPC 메시지는 특정 시간-주파수 영역의 자원을 사용하는 2개 이상의 이동국 각각에 대한 전력 변경 량을 dB 단위로 나타낸 것일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 14의 각 TPC(1401, 1402, 1403)는 1개의 이동국에 대한 전력 변경 량을 dB 단위로 나타낸 것이다. 각 TPC(1401, 1402, 1403)는 각각 그 TPC가 전송되기 바로 전에 결정된 이동국의 개수 M을 기초로 결정된다. 예를 들어, TPC(1401), TPC(1402), TPC(1403)은 각각 M=2(1404), M=4(1405), M=3(1407)를 기초로 결정된다.

시간-주파수 영역의 자원을 사용하는 이동국들의 다중화 율(multiplexing ratio) M에 따라 전송파워 레벨이 조절될 수 있다. 다중화 율 M은 기지국으로부터 특정 지시자/메시지(indicator/message)를 수신함으로써 알 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력제어 방법을 나타낸 것이다.

도 15의 (a)는 도 14에 의한 전력제어 방법을 다른 방식으로 나타낸 것이다. 단계(1501A)에서 기지국은 동일 자원을 동시에 사용하는 이동국의 개수(M1)을 결정한다. 단계(1502A)에서 기지국은 결정된 이동국의 개수(M1)가 포함된 파라미터를 기초로 TPC1을 결정한다. 여기서 이 파라미터는 기지국에서의 잡음 및 간섭 수준을 포함할 수 있다. 단계(1503A)에서 기지국은 이동국에게 결정된 TPC1을 전송한다. 단계(1504A)에서 이동국은 수신된 TPC1에 따라 송신전력을 조절한다.

도 15의 (b)는 도 15의 (a)에 의한 방법을 변형한 것으로서, 이동국이 스스로 전력 조절 량을 계산하여 송신 전력을 조절할 수 있다. 단계(1501B~1504B)는 도 15의 (a)의 단계(1501A~1504A)와 동일하다. 단계(1505B)에서 기지국은 동일 자원을 동시에 사용하는 이동국의 개수(M2)를 다시 계산한다. 단계(1506B)에서 기지국은 이동국에게 M2를 전송한다. 단계(1507B)에서 이동국은 수신된 M2에 따라 송신전력을 조절할 수 있다. 이때, 수학식 1 내지 수학식 7 중 하나 이상에 의해 송신전력을 조절할 수 있다.

비록 도시하지는 않았지만, 단계(1503B)에서는 TPC1뿐만 아니라 M1에 대한 정보도 같이 전송할 수 있다. 그러면, 단계(1507B)에서는 M2와 M1의 차이값을 이용하여 송신 전력을 조절할 수 있다.

도 15의 (a) 및 (b)에서 각각 1개의 MS에게만 제어 신호를 전송하는 것으로 도시하였지만, 다른 MS들에게도 동일한 신호를 지정신호(dedicated signal) 또는 브로드캐스트 신호로 전송할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 특정 시간-주파수 자원마다 다중화 율 M_k가 서로 다른 경우에는, 위의 메시지는 지정 메시지(dedicated message) 타입으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전체 주파수 대역이 N개의 서브밴드로 나누어진다고 가정하자. 이때, 서브밴드 #0을 사용하여 다중화되는 이동국의 개수가 M₁이라고 하고, 서브밴드 #N-1을 사용하여 다중화되는 이동국의 개수가 M₂개라고 하면, 위의 M₁개의 이동국에는 지정 메시지 #0을 전송하고 위의 M₂개의 이동국에게는 지정 메시지 #N-1을 전송할 수 있다.

이와 달리, 특정 시간에서 혹은 시구간에서 전 주파수에 걸쳐 단일 다중화 율 M이 사용되는 경우에는, 위의 메시지는 브로드캐스트 메시지 타입으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 전체 주파수 대역이 N개의 서브밴드로 나누어진다고 가정하자. 이때, 각 서브밴드마다 다중화되는 이동국의 개수가 모두 M개라고 하면, 모든 이동국에 대하여 동일한 메시지를 전송하면 충분하다. 따라서, 브로드캐스트 메시지 타입으로 전송할 수 있다. 이 경우 제어 오버헤드(control overhead)의 양이 줄어들 수 있다.

이동국이 이러한 지정 메시지 또는 브로드캐스트 메시지를 기지국으로부터 수신하면, 상술한 수학식 1 내지 수학식 7과 같이, 다중화 율이 고려된 결과 값을 단일 사용자를 위한 전력제어 수식에 반영할 수 있다.

표 4 및 표 5는 상술한 지정 메시지의 타입의 예를 나타낸 것이다.

Field	Number of bits
UserID	xxx bits
Multiplexing rate(M) or rate difference	xx bits
Start point(time domain)	xxx bits	Optional
End point(time domain)	xxx bits	Optional

Field	Number of bits
UserID	xxx bits
Multiplexing rate(M) or rate difference	xx bits
PowerAdjust value F(M)=-(M)dB 이외의 방법	xxx bits	Multiplexing value 에 의해 적절한 값을 정해서 보낼 수 있음 (dB 또는 linear 또는 미리 결정된 인덱스)
Start point(time domain)	xxx bits	Optional: 프레임 인덱스
End point(time domain)	xxx bits	Optional: 프레임 인덱스

표 4는 수학식 1의 f(M)이 f(M)=-(M)dB인 경우를 나타낸 것이고, 표 5는 수학식 2의 f(M)이 f(M)=-(M)dB이 아닌 다른 수식으로 표현되는 경우를 나타낸 것이다. 표 4 및 표 5에서 첫 번째 행(column)은 지정 메시지에 포함되는 필드를 나타낸다. 두 번째 행은 각 필드를 구성하는 비트의 개수를 나타낸다. 표 4에 의한 메시지 타입에서는 언제나 f(M)=-(M)dB라고 가정한 것이다. 표 5에 의한 메이지 타입에서는 f(M)=-(M)dB이 아니며, f(M)은 전력조절 값이 M에 대한 다양한 함수 중 어느 하나로 표현된다. 표 4 및 표 5는 지정 메시지 타입을 나타낸 것이기 때문에, 사용자 ID를 나타내는 UserID 필드가 필요하다. 또한, 다중화 율(M) 자체가 전송되거나, 다르게는 이전 프레임의 다중화 율과 현재 프레임의 다중화 율과의 차이 값이 전송될 수 있다. 표 3은 언제나 f(M)=-(M)dB임을 가정한 것이다. 그러나, 전력조절 값이 M에 대한 복수의 함수 중 어느 하나로 표현되는 경우에는, 표 5와 같이 어느 함수가 사용되는지를 나타내는 필드가 포함될 수 있다. 또한, 전송된 M의 값이 적용될 시구간을 나타내기 위하여 시간 영역에서의 시작 시각 및 종료 시각을 나타내는 필드가 포함될 수 있다.

표 6 및 표 7은 상술한 브로드캐스트 메시지의 예를 나타낸 것이다.

Field	Number of bits
Multiplexing-rate(M)	xx bits
Start point(time domain)	xxx bits
End point(time domain)	xxx bits

Field	Number of bits
Multiplexing-rate(M)	xx bits
PowerAdjust value F(M)=-(M)dB 이외의 방법	xxx bits
Start point(time domain)	xxx bits
End point(time domain)	xxx bits

표 6 및 표 7은 브로드캐스트 메시지의 예를 나타낸 것이므로, 사용자 ID를 나타내는 필드는 포함되지 않을 수 있다. 표 4는 언제나 f(M)=-(M)dB임을 가정한 것이다. 그러나, 전력조절 값이 M에 대한 복수의 함수 중 어느 하나로 표현되는 경우에는, 표 5와 같이 어느 함수가 사용되는지를 나타내는 필드가 포함될 수 있다.

표 4 내지 표 7에서, 각 필드를 나타내는 비트의 개수는 2 비트 또는 3 비트로 예시되었지만, 비트의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 3>

본 발명의 다른 실시예에 따른 전력제어를 위한 수학식은 수학식 8 내지 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

CLPC_new(dBm)= CLPC_last(dBm) + g(M)(dB)

CLPC_new(dBm)= CLPC_last(dBm) + g(ΔM)(dB)

CLPC_new(dBm)= CLPC_reference(dBm) + h(M)(dB)

CLPC_new(dBm)= CLPC_reference(dBm) + h(ΔM)(dB)

수학식 8에서 CLPC_new 는 현재 프레임의 송신 전력을 나타내며, CLPC_last 는 가장 이전 프레임의 송신 전력을 나타내고, g(M)은 양 송신 전력의 차이 값을 나타낸다. 상술한 수학식 6에 관한 실시예에서는, 양 신호의 송신 전력의 차이 값인 Δ_TPC 자체가 전송되지만, 수학식 8에 관한 실시예에서는 다중화 율 값인 M이 전송되면, M 값을 이용하여 양 신호의 송신 전력의 차이 값인 g(M)가 산출된다. 한편, 수학식 9과 같이 M이 아닌 ΔM이 전송될 수 있다. ΔM은 이전 프레임에의 다중화 율과 현재 프레임에서의 다중화 율과의 차이 값이다.

수학식 10에서 CLPC_reference는 기준 송신전력(reference transmission power)으로서, 1개의 이동국에 대한 폐루프 전력제어의 수식과 동일한 값이며, h(M)은 다중화 율 M에 의해 산출되는 값이다. 상술한 수학식 7에 관한 실시예에서는, 현재 프레임의 송신 전력과 기준 송신전력의 차이 값인 Δ_TPC 자체가 전송되지만, 수학식 10에 관한 실시예에서는 다중화 율 값인 M이 전송되면, M 값을 이용하여 Δ_TPC에 대응되는 값인 g(M)을 계산해 낸다. 한편, 수학식 11과 같이 M이 아닌 ΔM이 전송될 수 있다. ΔM은 이전의 다중화 율과 현재의 다중화 율과의 차이 값이다.

M 또는 ΔM은 기지국에 의해 주기적으로 또는 비주기적으로 이동국에게 전송될 수 있다. M 또는 ΔM이 주기적으로 전송되는 경우, 변화 주기는 서브프레임, 프레임, 라디오 프레임 단위가 될 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다.

수학식 8 내지 수학식 11에 의한 실시예에도 도 14가 적용될 수 있다. 다만, 도 14에서 TCP가 전송되는 것이 아니라 M값 자체가 전송된다는 점이 다르다.

본 발명은, 멀티 캐리어를 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 사용될 수 있다. 특히 OFDMA (orthogonal frequency division multiplexing access)방식, OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) 방식, SC-FDMA (single carrier-frequency division multiplexing)방식 등에서도 사용 가능하다. 또한, 멀티 캐리어를 사용하는 주파수 분할 다중화(FDM) 시스템에서도 사용 가능하다.

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 발명에 따른 실시예는 다양한 수단, 예를 들어, 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 일 실시예는 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차, 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

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 아니 되고 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.

본 발명은 멀티 셀 환경의 광대역 무선 이동 통신 시스템에 사용될 수 있다.

도 1은 상향링크 협력적 MIMO의 개념을 나타낸 것이다.

도 2는 하향링크 다중 사용자 MIMO 시스템의 예를 나타낸 것이다.

도 6은 하향링크 DPDCH와 DPCCH의 전력비율을 나타낸 것이다.

도 8은 내부루프 및 외부루프 전력제어 기능의 상관관계를 나타낸 것이다.

도 11은 전력제어 기능 간의 상관관계를 나타낸 것이다.

도 12는 전력제어 기능의 구성을 나타낸 것이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 의해 시뮬레이션 하였을 때에 얻을 수 있는 IoT 레벨을 나타낸다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전송 전력제어 신호의 수신 및 업링크 전송과의 관계를 나타낸 것이다.

Claims

멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법으로서,

동일 시간에 동일한 자원이 할당된 사용자의 개수에 관한 정보를 수신하는 단계;

상기 수신된 사용자의 개수를 기초로 업링크 전력 제어를 수행하는 단계

를 포함하는

업링크 송신 전력 제어 방법.
멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법으로서,

업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수에 관한 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계;

상기 수신된 이동국의 개수를 기초로 전력 조정 값을 산출하는 단계; 및

상기 산출된 전력 조정 값을 기준 송신 전력에 더하여 상기 업링크 송신 전력을 결정하는 단계;

를 포함하며,

상기 기준 송신 전력은 상기 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 1개의 이동국만이 사용하는 경우의 상기 1개의 이동국의 송신 전력과 동일한,

업링크 송신 전력제어 방법.
제2항에 있어서,

상기 산출하는 단계에서, 상기 전력 조정 값은 -M(dB)로 주어지며, 여기서 M은 상기 수신된 이동국의 개수인, 업링크 송신 전력제어 방법.
제2항에 있어서,

상기 산출하는 단계에서, 상기 전력 조정 값은 상기 수신된 이동국의 개수 및 MCS(modulation coding scheme) 레벨을 독립변수로 포함하는 조인트 함수(joint function)에 의해 산출되는, 업링크 송신 전력제어 방법.
제2항에 있어서,

상기 기준 송신 전력은 이전 프레임에서 전송된 신호의 송신 전력과 동일한, 업링크 송신 전력제어 방법.
멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법으로서,

하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수에 관한 정보를 기지국으로부터 수신하는 단계; 및

상기 수신된 이동국의 개수 및 기준 송신 전력을 독립변수로 포함하는 조인 트 함수에 의해 상기 업링크 송신 전력을 결정하는 단계;

를 포함하며,

상기 기준 송신 전력은 상기 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 1개의 이동국만이 사용하는 경우의 상기 1개의 이동국의 송신 전력과 동일한,

업링크 송신 전력제어 방법.
멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법으로서,

하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수를 결정하는 단계;

상기 결정된 이동국의 개수가 포함된 하나 이상의 파라미터를 기초로 이동국의 송신 전력을 결정하는 단계; 및

상기 결정된 송신 전력에 관한 정보를 포함하는 송신 전력 명령 메시지를 생성하여 상기 생성된 송신 전력 명령 메시지를 상기 이동국에게 전송하는 단계

를 포함하는

업링크 송신 전력제어 방법.
제7항에 있어서,

상기 전송하는 단계는 주기적으로 수행되는, 업링크 송신 전력제어 방법.
제7항에 있어서,

상기 송신 전력 명령 메시지는 전송은 상기 이동국에 대한 지정 메시지(dedicated message)인, 업링크 송신 전력제어 방법.
제7항에 있어서,

상기 이동국의 개수가 전 주파수 밴드에 걸쳐 동일한 값을 갖도록 결정된 경우에 상기 송신 전력 명령 메시지는 브로드캐스트 메시지(broadcast message)인, 업링크 송신 전력제어 방법.
제7항에 있어서,

상기 이동국의 개수를 결정하는 단계에서, 시점 T1에서의 이동국의 개수 M1 및 시점 T2에서의 이동국의 개수 M2가 산출이 되고, 상기 M1 및 상기 M2 중 더 늦게 산출된 이동국의 개수가 상기 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수로 결정되는, 업링크 송신 전력제어 방법.
멀티 셀 환경에서 주파수 분할 다중화 방식을 사용하는 무선 이동 통신 시스템에서 업링크 송신 전력을 제어하는 방법으로서,

기지국에서, 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 공유하는 이동국의 개수를 결정하여 이동국에게 전송하는 단계;

상기 이동국에서, 상기 이동국의 개수를 수신하여 상기 이동국의 개수를 기 초로 전력 조정 값을 결정하는 단계;

상기 결정된 전력 조정 값을 기준 송신 전력 값에 더하여 상기 업링크 송신 전력을 결정하는 단계

를 포함하는,

업링크 송신 전력제어 방법.
제12항에 있어서,

상기 기준 송신 전력 값은, 이미 송신된 프레임 중 마지막 프레임의 송신 전력인, 업링크 송신 전력제어 방법.
제12항에 있어서,

상기 기준 송신 전력 값은, 상기 하나의 업링크 시간-주파수 자원을 1개의 이동국만이 사용하는 경우의 상기 1개의 이동국의 송신 전력과 동일한, 업링크 송신 전력제어 방법.
제14항에 있어서,

상기 전력 조정 값은 -M(dB)로 주어지며, 여기서 M은 상기 수신된 이동국의 개수인, 업링크 송신 전력제어 방법.