KR100259839B1

KR100259839B1 - 삭제 지시자 비트를 이용한 순방향 전력 제어 방법

Info

Publication number: KR100259839B1
Application number: KR1019970029573A
Authority: KR
Inventors: 김완호
Original assignee: 윤종용; 삼성전자주식회사
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 2000-06-15
Also published as: CN1205583A; CN1088949C; KR19990005378A; US6173188B1

Abstract

본 발명은 13kbps를 사용한 개인 휴대 통신 시스템에서 사용될 수 있는 순방향 전력 제어 방법으로서,

기지국의 송수신 선별 뱅크가 전력 제어를 수행함에 있어서, 순방향 전력 제어를 초기화 하는 과정과; 순방향 전력 제어를 시작하는 과정과; 순방향 트래픽 채널이 양호한 경우 역방향 트래픽 채널내에 포함되어 수신된 삭제 지시자 비트가 0 로 설정되어 순방향 전력 이득을 계속해서 감소시키는 과정 및 순방향 트래픽 채널이 불량한 경우 삭제 지시자 비트가 1 로 설정되어 순방향 전력 이득을 증가시키는 과정을 포함하여 구성된다.

Description

삭제 지시자 비트를 이용한 순방향 전력 제어 방법.

본 발명은 삭제 지시자 비트(Erasure indicator bit)를 이용한 순방향 전력 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 코드 분할 다중화(Code Division Multiple Access: 이하 CDMA라 약칭한다) 시스템에서 다중화 선택사항(Multiplex option) 2에 의하여 역방향 트래픽 프레임(Reverse Traffic Frame)에 포함된 삭제 지시자 비트를 이용하여 순방향 전력을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

CDMA 시스템은, 이동 단말(이동국)을 서비스하는 다수의 기지국 송수신기(또는 기지국)(Base Station Transceiver Subsystem: BTS)와, 기지국 제어기(Base Station Controller: BSC), 여러 기지국 제어기들을 운영 관리 하는 기지국 관리 시스템(Base Station Manager System: BSM), 교환국 시스템(Mobile Switching Center: MSC) 및 위치 등록 시스템으로 구성되어 있다.

각각의 기지국이 서비스 하는 영역을 셀(cell)이라 하며, 이 셀은 여러개의 섹터로 나뉘어 진다. 셀은 순서대로 기지국 영역, 기지국 제어기 영역, 교환국의 서비스 영역으로 확대된다.

순방향 통신 채널은 기지국에서 이동국의 방향으로 형성되는 채널로, 파일럿 채널과 선택적인 동기 채널, 선택적인 페이징 채널 및 음성이나 데이터를 전송하기 위한 여러개의 순방향 트래픽 채널로 구성되어 있다.

역방향 통신 채널이란 이동국으로부터 기지국의 방향으로 형성되는 채널로서, 첫번째 트래픽 채널(Primary traffic channel)과 두 번째 트래픽 채널(Secondary traffic channel) 및 신호 처리 채널(Signalling channel)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 CDMA 방식에서는 동일한 주파수를 여러 가입자가 동시에 액세스하므로, 가입자 용량의 증가를 위해서는 여러 기지국으로부터 전해지는 신호에 대해 발생되는 간섭파의 신호 전력을 최대한으로 적게 하여야 한다.

전력 제어란 상기와 같이 다른 기지국의 신호 또는 잡음으로 인하여 간섭이 발생하는 경우, 기지국에 도달하는 모든 이동국으로부터의 전력을 동일하게 하는 방식을 말한다.

전력 제어를 통해 여러 셀들에 의한 근원 간섭 및 셀 외부 간섭 문제를 최소로 하여 결과적으로 가입자 용량을 증대시킬 수 있다. 따라서 전력 제어는 시스템의 용량 증대에 지배적인 영향을 미치는 중요한 작용이다.

상기와 같은 순방향 전력 제어의 과정은 송수신기 선별 뱅크(Transciever Selector Bank)에서 이루어진다.

통화 중인 이동국이 다경로 전파(Multipath Propagation) 현상, 잡음 또는 간섭이 심한 셀 경계 지역에 위치할 때, 모든 채널이 일정한 통화 품질을 유지할 수 있도록, 기지국에서 전력을 증가 또는 감소시키는 방법을 순방향의 전력 제어라 한다.

실제의 전파 환경에서는 인접 셀로부터 간섭이 항상 존재하므로, 간섭 신호를 다소 줄이는 역할을 하게 된다.

단말은 수신하고 있는 순방향 프레임에 대한 오류 프레임의 비율 즉, 프레임 에러율(Frame Error Rate: FER)을 매 주기마다 또는 임계시간마다 보고한다. 상기 전력 제어의 주기 및 임계시간는 기지국이 시스템 파라미터 메시지로 내려주게 된다.

이동국은 파일럿 측정 보고 메시지(Pilot Measurement Report Message)를 통해, 순방향 링크의 품질, 즉 순방향 프레임 에러율을 기지국으로 보고하게 된다.

기지국은 이동국이 보낸 파일럿 측정 보고 메시지를 받아, 필요에 따라 순방향 전력의 이득값을 조절함으로써 최종적으로 기지국에서 송신되는 전력을 제어한다.

도 1 은 종래 기술에 의한 전력 제어의 과정을 나타낸 흐름도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 이동국은 채널 소자와 송수신기 선별 뱅크를 통해 기지국의 호 제어 프로세서와 메시지를 주고 받는다.

호 제어 프로세서가 호 할당 메시지를 송수신기 선별 뱅크로 보내게 되면, 송수신기 선별 뱅크는 채널 소자와 타임 동기를 주고받아 트래픽 채널을 설정할 준비를 한다.

그러면 이동국은 널 트래픽(Null Traffic)을 채널 소자로 보내어 트래픽 채널이 시작됨을 알린다. 트래픽 채널이 시작되면, 송수신기 선별 뱅크는 단계(110)에서 순방향 전력 제어 동작의 초기화를 수행한다.

단계(120)에서, 전력 제어를 받고자 하는 단말의 획득 메시지가 도착하면 이때부터 송수신기 선별 뱅크에 의한 순방향 전력 제어가 시작된다.

단계(130)에서, 송수신기 선별 뱅크는 이때부터 개인 단말이 전송하는 파일럿 측정 보고 메시지를 판독하여, 순방향 오류가 보고되면 순방향 이득을 증가시킨다.

상기와 같은 과정을 통해, 송수신기 선별 뱅크는 순방향 전력 제어를 시작하게 된다.

도 2 는 종래 기술에 의해 전력 제어되는 전송 이득의 예시도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 파일럿 측정 보고 메시지(Pilot Measurement Report Message)를 받은 기지국은 일정한 시간 간격 및 전력 조정 간격을 두고, 전력 제어를 수행하게 된다.

기지국에서는 다음번 파일럿 측정 보고 메시지가 수신될 때까지 계속해서 전력을 제어하게 된다.

그러므로 실제적인 전력 제어의 변화 주기는, 하나의 트래픽 프레임에 대한 시간간격이 되고, 전력 조정값의 동적 범위는 일반적으로 전력 초기치(nominal power)의 ±6㏈의 범위로 정한다.

파일럿 측정 보고 메시지를 받은 기지국은, 순방향으로 전해지는 초기 이득값(nominal gain)부터 시작하여, 저속 다운 타임(slow down time)마다 스몰 다운 간격(small down delta)만큼씩 이득을 감소시키는 과정을 수행한다.

상기와 같은 이득의 감소는 스텝 틸 패스트(steps til fast)번 시행되며, 스텝 틸 패스트만큼의 이득 감소가 끝날때까지, 이동국으로부터 순방향 링크 품질이 나쁘다는 보고가 없으면, 기지국은 이득 감소의 속도를 빠르게 한다.

즉, 기지국에서 송신되는 순방향 전력의 이득을 고속 다운 타임(fast down time)마다 고속 다운 간격(fast down delta)만큼씩 감소시키게 된다.

기지국은 이동국이 보낸 파일럿 측정 보고 메시지를 받으면, 측정 기간 동안에 수신된 총 순방향 트래픽 프레임에 대한 오류 프레임의 비율(프레임 에러율)을 계산한다.

이때 계산된 프레임 오류율이 오류율 한계치보다 작으면 스몰 업 간격(small up delta)만큼, 오류율 한계치보다 크면 빅 업 간격(big up delta)만큼 순방향 링크 이득을 증가시키게 된다.

상기와 같은 과정은 매 파일럿 측정 보고 메시지가 수신될 때마다 반복된다.

상기와 같이 동작되는 종래의 순방향 전력 제어 방법은, 순방향 품질이 전파 환경의 변화에 의하여 열악해 지는 경우, 이동국이 주기적으로 또는 임계시간마다 보고하는 파일럿 측정 보고 메시지를 기지국이 받아서, 프레임 에러율에 따라 순방향 링크 이득을 증가시키는 방법을 사용했다.

그러므로 급격하게 전파 환경이 변화하는 경우에도 순방향 전력제어가 재빨리 수행되기 위해서는, 단말에서 기지국으로 파일럿 측정 보고 메시지를 보고하는 주기가 짧아져야만 한다.

종래의 위성 통신이나 마이크로 통신에서는 주로 송신 안테나에서 수신 안테나로 직접 전파가 전송되는 직접파를 통하여 통신하였다.

그러나 현재 사용되는 이동통신은 이동국의 안테나가 매우 짧고, 안테나의 위치 또한 대개 건물과 같은 주위의 장애물보다 낮으므로, 직접파보다는 대지에 한번 반사하는 반사파 또는 회절파, 산란파 등을 사용하게 된다.

그러나 상기와 같이 반사파, 회절파 또는 산란파등을 사용하게 되면 신호의 감쇄 및 간섭의 정도가 매우 심하게 된다.

따라서 전력 제어를 위해 사용되는 주파수 대역에서의 신호 강도 변화를 면밀히 분석하여, 전력 제어의 범위 및 전력 제어의 간격을 결정하여야 할 필요가 있다.

또한 800㎒를 사용하는 기존의 CDMA 셀룰라 시스템과, 1.3㎓를 사용하는 PCS 시스템에서의 전력 제어 범위 및 시간 간격은 당연히 달라져야 할 것이다.

800㎒를 사용하는 기존의 CDMA 셀룰라 방식에서 사용되고 있던 기존 전력 제어 방법의 제어 주기는, 실제로 운용되는 전파 환경의 변화를 따라가지 못한다.

1.3㎓를 사용하는 PCS 시스템에서는 기존의 디지탈 통신 시스템 보다 높은 주파수를 사용하므로, 신호 감쇄 및 간섭의 정도가 훨씬 심해져서 전력 제어의 주기가 빨라질 필요가 있다.

또한 전력 제어를 위해 기지국이 전달하는 파일럿 측정 보고 메시지가 과도하게 되면, 역방향 서비스 품질에 영향을 준다는 점에서 개선의 필요성이 제기된다.

그러므로, 종래 기술에 의해 발생되는 순방향 전력 제어 방식의 문제점은 다음과 같다.

첫째, 이동국이 보고하는 파일럿 측정 보고 메시지를 통하여 순방향 전력을 증가시키는 방식이므로, 이동국이 파일럿 측정 보고 메시지를 보내기 위해서 한 프레임 분량의 역방향 링크 트래픽 패킷을 생략하여야 한다.

파일럿 측정 메시지는 실제 통신을 위한 데이터와는 관계없으므로, 이것은 역방향 링크의 잡음이 증가되는 것과 같다. 그러면 결과적으로 역방향 링크 서비스 품질이 저하된다.

따라서 너무 잦은 파일럿 측정 보고 메시지의 전송은 역방향 링크 서비스 품질을 저하시키게 되므로, 이동국의 보고 주기와 임계치를 일정값 이하로 할 수가 없다.

둘째, 상기와 같은 이유로 인하여 이동국이 최대로 허용 가능한 보고 주기는 4㎐이다.

4㎐의 주기를 갖는 종래기술에 의한 순방향 전력 제어는 장기간 페이딩(long term fading)에는 대처할 수 있으나, 도심의 높은 건물등 장애물에 의하여 전파가 가리게 됨으로써 전파 환경이 급격하게 변화하는 로그-노멀 음영(log-normal shadowing)과 같은 환경에서는, 전력 제어의 속도가 전파 환경의 변화를 따라가지 못하여 서비스 품질이 급격히 악화되거나 호가 해제되는 현상이 발생하게 될 수 있다.

셋째, 상기와 같이 전파 환경이 급격히 나빠지는 음영 지역에서는, 이동국이 보고하는 파일럿 측정 보고 메시지가 유실되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 경우, 송수신기 선별 뱅크는 다음번 파일럿 측정 보고 메시지가 도착할 때까지 순방향 전력 제어를 수행하지 않고 기다리게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여,

단말이 전송하는 역방향 트래픽 채널 프레임에 포함되어 있는 삭제 지시자 비트를 이용하여 순방향 링크의 품질을 판단함으로써 전력 제어를 수행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 종래 기술에 의한 전력 제어 과정을 나타낸 흐름도.

도 2 는 종래 기술에 의해 전력 제어되는 전송 이득의 예시도.

도 3 은 본 발명에 의한 전력 제어 과정을 나타낸 흐름도.

도 4 는 본 발명에 의해 전력 제어되는 전송 이득의 예시도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 제안된 본 발명은,

기지국의 송수신 선별 뱅크가 전력 제어를 수행함에 있어서, 순방향 전력 제어를 초기화 하는 과정과; 순방향 전력 제어를 시작하는 과정과; 순방향 트래픽 채널이 양호한 경우 역방향 트래픽 채널내에 포함되어 수신된 삭제 지시자 비트가 0 로 설정되어, 순방향 전력 이득을 계속해서 감소시키는 과정 및 순방향 트래픽 채널이 불량한 경우 삭제 지시자 비트가 1 로 설정되어 순방향 전력 이득을 증가시키는 과정을 포함하여 구성된다.

PCS 시스템을 사용하게 되면서, 종래의 CDMA 시스템에서 사용하던 8kbps의 전송율을 가지는 호뿐만이 아니라 13kbps인 호까지도 사용할 수 있게 되었다.

8kbps인 호 서비스에서는 음성 데이터와 통신경로유지를 위한 제어신호의 다중화를 위해 다중화 선택사항(Multiplex option) 1을 사용하였으나, 13kbps 인 호 서비스의 경우에는 다중화 선택사항 2를 사용하게 된다.

다중화 선택사항 2를 사용하는 경우, 단말과 기지국간에 송수신되는 프레임에는 삭제 지시자 비트(Erasure indicator bit)가 포함된다.

본 발명은 상기 삭제 지시자 비트를 이용하여 전력제어를 수행한다.

개인 단말은 기지국으로부터 전송된 다중화 선택사항 2 순방향 트래픽 채널 프레임의 품질이 불량한 경우, 순방향 프레임을 받은 시점에서 두 번째로 전송되는 역방향 트래픽 프레임내의 삭제 지시자 비트를 '1'로 설정하여 기지국으로 전송한다.

그러면 기지국은 트래픽 프레임을 받으면서 동시에 순방향 링크의 품질을 인식할 수 있게 되어, 전력 제어를 수행한다.

상기와 같이 삭제 지시자 비트를 이용하여 순방향 전력을 제어하게 되면, 기지국은 역방향 트래픽 프레임을 받을 때마다 전력 제어를 수행하게 된다.

하나의 프레임 간격은 매 20㎳로 고정되어 있기 때문에, 매 20㎳마다 순방향 전력 제어가 동작하게 된다. 그러면 결과적으로 전력 제어 주기는 기존의 4㎐에서 50㎐로 12배 이상 빨라지게 되어 전파 환경의 급격한 변화에도 신속히 대처할 수 있게 된다.

전력 제어 주기가 빨라지게 되면 전력 소비를 감소시킬 수 있으며, 또한 기존의 파일럿 측정 보고 메시지를 사용하지 않으므로 역방향 서비스 품질이 향상될 것이다.

도 3 은 본 발명에 의한 전력 제어의 과정을 나타낸 흐름도이다.

그러면 이동국은 널 트래픽(Null Traffic)을 채널 소자로 보내어 트래픽 채널이 시작됨을 알린다. 트래픽 채널이 시작되면, 송수신기 선별 뱅크는 단계(310)에서 순방향 전력 제어 동작의 초기화를 수행한다.

전력 제어를 받고자 하는 단말의 획득 메시지가 도착하면, 단계(320)에서 송수신기 선별 뱅크에 의한 순방향 전력 제어가 시작된다.

단계(330)에서, 송수신기 선별 뱅크는 개인 단말이 매 20㎳간격으로 보내는 역방향 트래픽 프레임을 받아, 다중화 선택사항(Multiplex option) 2 에 의하여 첫번째 채널, 두 번째 채널, 제어 신호 및 삭제 지시자 비트로 분리한다.

송수신기 선별 뱅크는 상기의 과정에서 분리된 삭제 지시자 비트의 값에 따라 순방향 전력 제어를 수행한다.

삭제 지시자 비트의 값이 '0'으로 설정되어 있는 경우, 송수신기 선별 뱅크는 전력 다운 시간(Power down time)동안에, 전력 다운 간격(power down delta)만큼씩 순방향 전력을 감소시킨다.

송수신기 선별 뱅크는, 계속해서 기지국의 송신 전력을 감소시키다가 현재 이득이 최소 전송 이득(minimum transmission gain)과 같아지면, 이득을 더 이상 감소시키지 않는다.

단말은 전력 제어된 신호를 계속 수신하다가, 순방향 링크의 품질이 기준치 이하로 떨어지게 되면 삭제 지시자 비트의 값을 '1'로 설정하여 트래픽 프레임을 전송하게 된다.

삭제 지시자 비트의 값이 '1'로 설정되어 있는 경우, 송수신기 선별 뱅크는 현재 전력을 초기 전력과 비교하여, 작으면 빅 업 간격만큼 증가시키고, 크면 스몰 업 간격만큼 증가시키게 된다.

도 4 는 본 발명에 의해 전력 제어되는 전송 이득의 예시도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이, 초기 이득으로부터 시작하여, 역방향 트래픽 채널내에 포함되어 전송된 삭제 지시자 비트가 '0' 인 동안, 기지국은 송신되는 전력의 이득을 계속해서 매 전력 다운 시간 간격(power down time)을 두고 전력 다운 간격(power down delta) 만큼씩 감소시켰다.

이때 이득이 계속해서 감소되지 않도록 최소 전송 이득값을 설정하여, 현재 순방향 이득이 최소 전송 이득값이 되면 더 이상 이득을 감소시키지 않는다.

이득의 감소에 의하여 순방향 링크의 효율이 떨어지게 되면, 단말은 삭제 관리자 비트를 '1' 로 설정하여 역방향 트래픽 프레임을 전송한다. 그러면 송수신기 선별 뱅크는 현재의 이득과 초기 이득을 비교하게 된다.

만약 현재 순방향 이득값이 초기 이득보다 작으면 전력 이득을 빅 업 간격(big up delta)만큼 전력을 증가시키고, 현재의 이득값이 초기 이득보다 크면 전력 이득을 스몰 업 간격(small up delta)만큼만 증가시키게 된다.

도 4 의 경우, 순방향 이득값이 초기 이득보다 작으므로 전력 이득을 빅 업 간격만큼 증가시켰다.

이때 전력 제어 시간이 리셋되고, 다시 전력 다운 시간(power down time)동안 삭제 지시자 비트가 '0' 이면, 송수신기 선별 뱅크는 전력 다운 간격(power down delta)만큼 전력 이득을 감소시키는 동작을 반복한다.

상기와 같이 동작하는 본 발명을 사용하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 파일럿 측정 보고 메시지를 사용하지 않는 순방향 전력 제어를 사용하므로, 역방향 링크 서비스 품질 저하 현상을 제거하여 역방향 통화 품질을 개선시킨다.

둘째, 순방향 전력 제어 주기의 향상으로 인하여, 전파 환경이 급격히 변화하는 경우에도 신속히 대처할 수 있다.

셋째, 파일럿 측정 보고 메시지를 사용하지 않으므로, 전파 환경이 급격히 나빠지는 지역에서 파일럿 측정 보고 메시지가 유실되어, 순방향 전력 제어가 동작하지 않는 현상을 제거할 수 있다.

Claims

송수신 선별 뱅크가 전력 제어를 수행함에 있어서, 순방향 전력 제어를 초기화 하는 과정(310)과;

순방향 전력 제어를 시작하는 과정(320)과;

역방향 트래픽 채널내에 포함된 삭제 지시자 비트가 '0' 이면 순방향 전력 이득을 계속해서 감소시키는 과정(330) 및

상기 삭제 지시자 비트가 '1' 로 설정되어 있으면 순방향 전력 이득을 증가시키는 과정(340)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 삭제 지시자 비트를 이용한 순방향 전력 제어 방법.
청구항 1 에 있어서, 상기 역방향 트래픽 채널 내에 포함된 삭제 지시자 비트는,

단말이 수신하고 있는 순방향 트래픽 채널의 프레임이 양호한 상태에서는, 언제나 '0'으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 삭제 지시자 비트를 이용한 순방향 전력 제어 방법.
청구항 2 에 있어서,

순방향 트래픽 채널 프레임의 품질이 불량할 경우, 단말에서는, 순방향 프레임을 받은 시점에서 두 번째로 전송될 역방향 트래픽 채널에 포함되어 있는 삭제 지시자 비트를 '1' 로 설정하는 것을 특징으로 하는, 삭제 지시자 비트를 이용한 순방향 전력 제어 방법.
청구항 1 에 있어서, 상기 과정(330)에서 순방향 전력의 감소는,

일정 시간 간격을 두고 일정 전력 간격만큼씩 반복해서 감소시키는 것을 특징으로 하는, 삭제 지시자 비트를 이용한 순방향 전력 제어 방법.
청구항 3 에 있어서, 상기 순방향 전력의 감소는,

현재 순방향 이득이 최소 전송 이득과 같아지면 더 이상 수행하지 않는 것을 특징으로 하는, 삭제 지시자 비트를 이용한 순방향 전력 제어 방법.
청구항 1 에 있어서, 상기 과정(340)에서 순방향 전력의 증가는,

현재의 순방향 전력의 이득이 초기 이득보다 작으면 빅 업 간격만큼 증가시키고, 현재의 순방향 이득이 초기 이득보다 크면 스몰 업 간격만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는, 삭제 지시자 비트를 이용한 순방향 전력 제어 방법.