외부 루프 전력 제어를 위한 방법 및 시스템 document_id A220623030594

디지털 통신 시스템은 GSM 전기통신 표준 및 이 표준을 개선한 GSM/EDGE 등에 부합되는 셀룰러 무선 전화 시스템과 같은 시분할 다중 접속(TDMA) 시스템 및 IS-95, cdma 2000, 및 WCDMA 전기통신 표준에 부합되는 셀룰러 무선 전화 시스템과 같은 코드분할 다중 접속(CDMA) 시스템을 포함한다. 디지털 통신 시스템은 또한, 국제 전기통신 연합의(ITU's) IMT-2000 프레임워크 내의 유럽 전기통신 표준 협회(ETSI)에 의해 개발된 3세대(3G) 이동 시스템을 규정하는 범용 이동 통신 시스템(UMTS)에 부합되는 셀룰러 무선 전화 시스템과 같은 "혼합된" TDMA 및 CDMA 시스템을 포함한다. 3세대 파트너쉽 프로젝트(3GPP)는 UMTS 표준을 공표하였다. 이 출원은 간결성을 위하여 WCDMA 시스템에 초점을 맞추고 있지만, 이 출원에 서술된 원리는 다른 디지털 통신 시스템에서 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. WCDMA는 직접-시퀀스 스프레드-스펙트럼 기술을 기반으로 한다. 2개의 상이한 코드들은 다운링크(기지국에서 단말기로) 방향으로 기지국 및 물리적 채널을 분리하는데 사용된다. 스크램블링 코드는 기지국 또는 셀을 서로로부터 분리하는데 주로 사용되는 의사-잡음(pn) 시퀀스이다. 채널화 코드는 각 셀에서 또는 각 스크램블링 코드하에서 여러 물리적 채널(단말기 또는 사용자)을 분리하는데 사용되는 직교 시퀀스이다. 모든 사용자가 CDMA 시스템에서 동일한 무선 자원을 공유하기 때문에, 각 물리적 채널은 필요로 한 것보다 많은 전력을 사용하지 않는 것이 중요하다. 이는 단말기가 전용 물리적 채널(DPCH)에 대해 신호 대 간섭비(SIR)를 추정하며, 이 추정된 SIR을 기준값과 비교하고 기지국의 전송된 DPCH 전력을 적절한 레벨로 조정하도록 기지국에 통지하는 송신 전력 제어 메커니즘에 의해 성취된다. WCDMA 전문용어가 본원에 사용되지만, 다른 시스템들이 이에 대응하는 전문용어를 사용한다는 것을 인지할 것이다. 3GPP는 고속 다운링크 패킷 데이터 액세스(HSDA)로서 공지된 WCDMA의 개선에 대해서 연구하고 있다. 종래 시스템에 대한 이 개선은 용량을 증가시키며, 왕복 지연을 감소시키며, 최대 8-10Mbits까지 피크 데이터 레이트를 증가시킨다. 일반적으로 말하면, 트랜스포트 채널은 전용의 또는 공통의 물리적 채널을 거쳐서 사용자 데이터를 운반하는데 사용된다. HSDPA의 경우에, 트랜스포트 채널은 고속 다운링크 공유 채널(HS-DSCH)이다. 대응하는 물리적 채널은 고속 물리적 다운링크 공유 채널(HS-PDSCH)이라 칭한다. HS-DSCH 코드 자원들은 16의 고정된 확산 팩터를 갖는 하나 이상의 채널화 코드를 포함한다. 이외 다른 필요로 되는 제어 및 데이터 베어러를 위한 충분한 여지를 남기기 위하여, 최대 15개의 이와 같은 코드가 할당된다. 이용가능한 코드 자원은 주로 시간 도메인에서 공유된다. 예를 들어, 이들 자원은 한번에 한 명의 사용자에게 할당될 수 있다. 대안적으로, 코드 자원은 코드 다중화를 사용하여 공유될 수 있다. 이 경우에, 2 내지 4명의 사용자들은 동일한 전송 시간 간격(TTI) 내에서 코드 자원을 공유한다. 사용자 데이터 이외에, 제어 시그널링을 전송하여 이동국, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 또는 이외 다른 수신기와 같은 다음 사용자 장비(UE)에 스케줄링을 통지할 필요가 있다. 이 시그널링은 모든 사용자에게 공통되는 고속 공유 제어 채널(HS-SCCH)에 대해서 행해진다. HSDPA 개념은 또한 H-ARQ 확인 이외에 채널 품질 표시자(CQI) 정보를 반송하기 위한 업링크에서 부가적인 고속 전용의 물리적 제어 채널(HS-DPCCH)에 대해 요구한다. 도1은 다운링크(즉, 기지국에서 UE로 또는 순방향) 및 업링크(즉, UE에서 기지국으로 또는 역방향) 채널을 각각 사용하는 4개의 UE(1, 2, 3, 4)와의 접속을 취급하는 기지국(BS)(100)을 포함하는 WCDMA 시스템과 같은 통신 시스템을 도시한다. 다운링크에서, BS(100)는 각 전력 레벨로 각 UE에 전송하고, BS(100)에 의해 전송되는 신호는 직교 코드 워드를 사용하여 확산된다. 업링크에서, UE(1)- UE(4)는 각 전력 레벨로 BS(100)로 전송한다. 도시되지 않았지만, BS(100)는 또한, 공중 교환 전화망(PSTN)과 통신하는 무선 네트워크 제어기(RNC)와 통신한다. 도1에 도시된 전형적인 WCDMA 시스템에서 전송되는 신호는 다음과 같이 형성될 수 있다. 전송될 정보 데이터 스트림은 우선 채널화 코드와 승산되고 나서 이 결과는 스크램블링 코드와 승산된다. 이 승산은 통상적으로 배타적-OR 연산에 의해 실행되고 이 정보 데이터 스트림 및 스크램블 코드는 동일한 또는 상이한 비트 레이트를 가질 수 있다. 각 정보 데이터 스트림 또는 채널에는 특정 채널화 코드가 할당되고 다수의 코딩된 정보 신호는 무선 주파수 캐리어 신호를 동시에 변조한다. UE(또는 다른 수신기)에서, 변조된 캐리어 신호가 처리되어 수신기에 의도된 원래 정보 데이터 스트림의 추정값을 발생시킨다. 이 처리는 복조로 공지되어 있다. 양호한 송신 전력 제어 방법은 높은 시스템 용량을 보장하면서 이와 같은 송신기의 상호 간섭을 최소화하도록 동시에 전송하는 많은 송신기를 갖는 WCDMA(및 이외 다른) 통신 시스템에 중요하다. 시스템 특성에 따라서, 이와 같은 시스템에서 전력 제어는 업링크, 다운링크 또는 이들 둘 다에서 전송을 위하여 중요할 수 있다. 각 UE에서 신호의 신뢰할 수 있는 수신을 성취하기 위하여, 수신된 신호의 SIR은 각 UE에 대해서 규정된 임계값을 초과하여야 한다. 예를 들어, 도1에 도시된 바와 같이, UEs가 공통 WCDMA 통신 채널에 대해 4개의 신호를 각각 수신하는 경우를 고려하자. 각 신호는 자신과 관련되는 대응하는 에너지 레벨, 즉 에너지 레벨 E1, E2, E3, 및 E4 각각을 갖는다. 또한 통신 채널 상에는 특정 잡음 레벨(N)이 존재한다. 소정의 UE(1)가 자신이 의도한 신호를 적절하게 수신하도록 하기 위하여, E1 및 E2, E3, E4 및 N의 총 레벨 간의 비는 소정의 UE의 규정된 임계값(SIR)을 초과하여야 한다. 수신된 신호의 SIR을 개선시키기 위하여, 전송된 신호의 전력은 수신기에서 측정된 SIR에 따라서 증가될 수 있다. 그러나, 전력은 WCDMA 시스템에서 중요한 자원이다. 여러 채널이 동일한 주파수로 동시에 전송하기 때문에, 트랜스포트 채널 에 대해서 사용자 데이터의 수신된 블록의 수용가능한 에러율, 즉 블록 에러율(BLER)를 여전히 유지하면서 각 물리적 채널에 대해 전력 레벨을 가능한 낮게 유지하는 것이 중요하다. 다운링크 전력 제어는 "내부 루프" 및 "외부 루프"로 논리적으로 분할될 수 있는데, 여기서 내부 루프는 송신 전력 제어(TPC) 명령을 기지국에 전송함으로써 SIR을 제어하고 외부 루프는 SIR 기준값을 내부 루프에 제공함으로써 BLER과 관련하여 품질을 제어한다. 종래의 전력 제어 기술은 이 트랜스포트 채널을 위한 BLER 및 BLER 기준값을 토대로 각 트랜스포트 채널을 위한 하나의 SIR 기준값을 계산하고 이들 SIR 기준값들의 최대값은 내부 루프에 의해 사용된다. 종래의 전력 제어 시스템은 도2의 블록도로 도시된다. 시스템(200)의 물리적 채널을 거쳐서 통신하는 각 트랜스포트 채널(201, 202) 등은 현재 BLER을 결정하고 이를 채널을 위한 목표 BLER(또한 BLER 기준값이라 칭함)(BLERref)과 비교하여 이 관련된 채널을 위한 SIR 기준값(SIRref)을 발생시키는 관련된 BLER 제어기(211, 212) 등을 갖는다. SIRref는 이 채널을 위한 목표 SIR을 표시한다. 채널을 위한 BLERref는 채널을 통해서 트랜스포트되는 데이터에 대한 품질 요건들 및 다른 파라미터들에 따라서 시스템에 의해 설정된다. 예를 들어, 음성 데이터는 텍스트 데이터보다 더 높은 품질 요건을 가질 수 있다. 이들 품질 요건들은 전형적으로 더 높은 계층 통신을 토대로 신호화된다. SIR 기준값들 중 최대 기준값이 결정되어(220) SIR 제어기(230)로 전송된다. SIR 제어기(230)는 SIRref 및 현재 SIR을 토대로 내부 루프 전력 제어 명령(240)을 발생시킨다. 외부 루프 전력 제어의 목적은 전력 요구를 최소화하면서 자신들의 BLER 기준값보다 아래로 각 트랜스포트 채널에 대한 BLER을 유지하는 것이다. 각 트랜스포트 채널을 위한 BLER 제어(211, 212) 등은 BLER 추정자를 포함하고 각 SIRref을 제어하여 이 채널을 위한 추정된 BLER을 BLER 기준값(BLERref)에 근접하지만 이보다 아래로 유지시킨다. 현재 BLER은 각 트랜스포트 채널의 순환 중복 검사(cyclic redundancy check)(CRC)를 토대로 추정되는데, 이는 통상적으로 부정확한 블록이 수신될 때 "1" 또는 정확한 블록이 수신될 때 "0"이다. 그러므로, BLER은 단지 부정확한 블록("1"의 CRC를 가짐) 대 수신된 전체 블록의 수의 비를 토대로 결정될 수 있다. 각 제어기(211, 212) 등은 각 새로운 블록이 수신될 때 갱신되는 대응하는 SIRref를 계산한다. 소정 채널을 위한 SIRref는 BLER이 증가함에 따라서 증가되는데, 그 이유는 SIR 기준 값이 증가하면 현재 신호의 더 높은 SIR을 요구하기 때문이다. 트랜스포트 채널들(201, 202) 등으로부터 값들 중 최고값을 갖는 SIRref는 SIR 제어기(230)에 의해 시스템(200)의 물리적 채널을 위한 현재 SIR과 비교하여 내부 루프 전력 제어 명령들(240)을 발생시켜 물리적 채널에 대한 전력을 조정한다. 최고 SIRref가 사용되는데, 그 이유는 이것이 SIR을 증가와 관련하여 가중 주의를 필요로 하는 최고 BLER을 갖는 트랜스포트 채널에 대응하기 때문이다. ARIB(Association of Radio Industries and Businesses'의 "Specifications of Air-interface for 3G Mobile System"은 "점프 알고리즘"이라 칭하는 알고리즘을 사용하여 외부 루프 제어를 위한 간단한 방법을 규정한다. 점프 알고리즘에서, BLER은 CRC로 표시된다. 에러(e)는 수학식(1)에 나타낸 바와 같이 CRC 및 BLER 기준 간의 차인데, 이는 수학식(2)에 따라서 SIR 기준을 얻도록 적분된다. 여기서 K는 적용되는 이득이다. 점프 알고리즘은 새로운 블록이 트랜스포트 채널 상에서 수신될 때마다 갱신된다. SIRref는 소정 TTI가 블록 에러를 포함할 때마다 더 높은 값으로 점프한다. 종래의 점프 알고리즘에 의해 제공되는 SIR 기준값은 크게 변화된다. 결국, 도2로 부터 알 수 있는 바와 같이, 전력은 크게 변화된다. 제어기에 의해 사용되기 전 CRC 정보가 필터링되어 BLER 추정값(BLERest)을 발생시키는 경우 전력 변화는 적게 될 수 있는데, 이 경우에 수학식(1)은 수학식(3)이 된다. BLER 추정값은 수학식(4)에 따라서 얻어질 수 있다. 여기서 α 및 β는 상수이며, α는 예를 들어 α=10-0.1BLERref에 따라서 BLERref을 토대로 선택된 필터의 시정수를 결정하여, 대략 동일한 블록 에러의 수를 토대로 BLER의 값을 추정하도록 한다. 오늘날, 점프 알고리즘과 같은 종래 전력 제어 방법들이 지닌 문제는 소정 TTI에 걸쳐서 수신된 블록의 수, 즉 트랜스포트 채널 상의 블록 레이트(BLR)가 낮을 때 SIR 기준값의 수렴이 느리다는 것이다. 이는 BLR이 감소됨에 따라서 점점 덜 빈번하게 갱신되어, 더욱 느리게 수렴시킨다. 이는 도3에서 그래프로 도시되어 있는데, 여기서 점프 알고리즘-기반으로 한 제어기가 3개의 상이한 BLRs, 즉 100% BLR(320), 10% BLR(310) 및 1% BLR(300)로 SIR 기준값을 발생시키도록 사용된다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, BLR이 감소됨에 따라서, 수렴은 더욱 길게 된다. 저속 수렴은 채널 품질을 저하시키거나 더 많은 전력을 요구한다. SIR 기준값이 정확한 레벨이 아닐 때 특히 문제로 되는데, 그 이유는 BLER 또는 전력 레벨이 연장된 시간 기간에 걸쳐서 너무 높게 유지되어 시스템 용량을 감소시키기 때문이다. SIR 기준값이 너무 높게 되는 전형적인 상황은 높은 SIR 기준값이 제1 데이터 블록의 수신을 보장하도록 사용되는 초기화시에 발생된다. 따라서, 수렴 시간을 감소시키는 혁신적인 전력 제어 기술이 필요로 됨으로써 물리적 채널에 의해 필요로 되는 전력 레벨을 감소시킨다.