In this thesis, various transmitter power control schemes are developed for different purposes of cellular mobile systems. The main objective of power control is to maximize system performance while maintaining adequate transmission quality. In the beginning, a mathematical programming model is introduced to understand the transmitter power control problem precisely. Some efficient solution procedures are proposed. Compared to existing reference power control methods, they achieve about 30% reduction in the blocking probability that measures system performance. To overcome some implementational drawbacks of the previously proposed methods, a simple distributed power control scheme is suggested and its convergence is proved. In addition, a simple instability detection rule is suggested. The proposed distributed power control method with the detection rule converges very fast, which can be applied to fast fading radio propagation environments. A forward link power control method for a CDMA radio system is also provided, which overperfoms the conventional fixed power control method by serving six more mobiles under the same bit error rate.
이 학위 논문에서는 이동통신시스템에서의 출력제어 방법에 대한 연구를 수행하였다. 이동통신시스템에서 애널로그 혹은 디지틀 신호를 전송하는 매체로 사용되는 전파의 세기는 송출되는 순간부터 감쇠하기 시작한다. 따라서, 수신 단말기에서 수신되는 신호의 적정한 세기를 유지하여 통화 품질을 보장하기 위해서는 각 통화채널의 송신전력에 대한 제어가 필요하다. 일반적으로, 송신기로부터 수신기 가 멀리 떨어져 있을수록 적정한 통화품질을 유지하기 위해서 송신전력을 높여 주어야 한다. 뿐만아니라, 수신단말기가 커다란 빌딩에 둘러 쌓여 있는 등, 전파환경이 좋지 못할 때에는 해당 통화채널의 송신전력을 높여 주어야 한다. 이러한 송신출력 제어의 문제는 어떠한 형태의 이동통신시스템에서도 해결해야할 중요한 문제이다.
기존의 송신출력 제어에 대한 연구는 주로 각 통화채널의 전파신호의 감쇠환경과 감쇠형태에 대한 확률적 모형을 수립하고, 이 모형에 따른 시스템의 성과에 대한 분석에 치중하고 있다. 어떤 통화채널을위한 송신전력의 조정은 다른 통화채널의 통화품질에 직접적인 영향을 미치게 된다. 그리고, 이동통신시스템 안에 존재하는 모든 통화채널이 동시에 도달할 수 있는 통화품질은, 애널로그시스템에서는 동일 주파수 재사용에 의한 간섭 때문에, CDMA 디지틀시스템은 같은 기지국 서비스 지역, 즉 동일 셀 안의 다른 통화채널로 부터의 간섭 때문에 한계가 존재하게 된다. 따라서, 주어진 전파환경하에서 이런 통화 품질 수준을 최고로 높이고, 이 수준이 적정 통화 품질에 미치지 못할 경우 가장 효율적이고, 시스템의 성과를 가장 작게 손상시키는 출력제어가 필요하다. 이런 송신전력 제어는 이동통신시스템의 운영에 필수적이며, 이동통신서비스산업에서는 핵심적인 기술이라 하겠다. 이 연구에서는 이와 같은 송신전력 제어 문제를 해결하기 위해, 단일채널 출력제어에 대한 분산해법과 복수채널 출력제어에 대한 최적해법과 발견적해법, 분산해법 등 다양한 목적으로 사용될 수 있는 출력제어 방법을 제시하고, 그 방법들의 우수성을 기존의 방법들과 실험적으로 비교하여 검증하였다. 특히, 우리나라가 디지틀 무선통신의 표준으로 채택한 미국 Qualcomm사에서 제안된 CDMA통신시스템에 적용될 수 있는 우수한 송신전력 제어 방법도 제시하고 있다.
이 학위 논문의 전반부인 2-4장은 주로 주파수 재사용에 의한 간섭에서 비롯된 통화품질의 저하를 보상하기 위한 송신전력 제어 방법들이 제시되고 있다. 이 방법들은 주로 FDMA 애널로그시스템을 가정하고 있지만, TDMA 디지틀시스템에도 적용될 수 있고, 주파수재사용이 필요한 CDMA 디지틀 시스템에도 적용될 수 있다. 특히, 신호-간섭비 균형의 개념은 5장에서 제시되는 파일럿 신호 송신전력 제어기법에 그대로 적용되고 있다. 전반부에서 얻어진 주요 결과를 요약하면 다음과 같다.
첫째, 기존의 연구들이 단일채널 송신전력 제어에 치중하여 셀 간의 불균등한 사용채널분포현상이 나타나게 되는데, 이를 해결하기위하여 복수채널에 대한 출력을 조화롭게 제어하는 모형을 제시하였다. 이 모형은 단일채널 송신전력 제어 방법들의 개발 단계에서나 시스템 성과에 대한 기준 작성 단계에서 이용될 수 있다. 또, 이 모형의 유사최적해가 라그랑지안 완화기법에 의해 발견될 수 있음을 실험적 모형을 통해 보여 주었다.
둘째, 중앙집중식 복수채널 출력제어를 위한 휴리스틱 기법들이 개발되었다. 이 기법들은 기존의 중앙집중식 단일채널 출력제어 기법에 비해 중앙제어장치에서 요구되는 정보들을 크게 증가시키지 않으면서 복수채널에 대한 출력제어를 실현시켰다는 장점이 있으며, 순간적인 호손실율에 있어서 기존의 중앙집중식 방법보다 약 30%의 감소를 얻을 수가 있었다.
세째, 기존의 분산식 단일채널 송신전력 제어 기법들이 수렴 속도가 늦다거나, C/I 측정에러에 대해 민감한 결점을 보완하기 위해 빠른 수렴 속도를 갖고, C/I 측정에러에 대해서도 강한 분산출력제어방법을 제시하고, 수렴성에 대한 증명을 하였다. 또, 제안된 분산제어기법의 장점이 실험에 의해서도 확인됨을 보여 주었다.
네째, 기존의 분산식 송신전력제어 기법에서 핸드오프의 결정 시점이 적극적으로 고려되지 않고 있음에 착안하여, 핸드오프 결정에 관한 간단한 규칙을 제시하였다. 이 규칙은 기존의 분산 제어시스템에 추가적인 정보수집의 부담이나, 계산량의 부담을 주지 않고 적용될 수 있다. 또, 제시된 규칙은 출력제어 기법의 성과에 손상을 주지 않고 수렴속도를 약 50% 증가시킴이 확인되었다. 이러한 제어 기법의 수렴 속도 증가는 신호세기의 변화가 빠르게 전개되는 실내 무선 통화, 개인용 휴대무선통화시스템에서 더욱 유용하게 응용될 것이다.
다섯째, 복수채널의 출력제어에 대한 분산제어 기법이 제시되었다. 이 분산제어 기법은 기존의 중앙집중식 단일채널 전력제어기법에 비해 호손실율의 감소를 얻을 수 있고, 그와 동시에 균등한 사용채널 분포를 얻을 수 있다. 이 분산 기법은 위에서 제시된 이상적인 중앙집중식 복수채널 송신전력 제어 모형의 실제적 적용을 가능케 하고 있다.
이 학위 논문의 5장은 Qualcomm사에서 제안된 CDMA 이동통신시스템의 운영 성과를 향상 시키기 위한 방법 중 기지국-이동국간의 송신전력 제어방법을 제시하고 있다. 이 방법의 핵심적인 파일럿채널 출력제어 기법은 이 연구의 2-4장에서 얻어진 C/I 균형 방법이 발전된 것이다. 컴퓨터 실험에서, 제시된 기법이 기존의 출력제어기법보다 시스템의 성과를 같은 호손실율하에서 셀당 약 4-5명 증가시켰다. 이 방법은 CDMA 시스템이 우리나라에서 운영되면 그 성과를 개선시키는 송신전력 제어 방법으로 이용될 수 있을 것이다.
