CDMA 시스템에서의 전력 제어

〈모바일통신시스템〉 수업 노트

원근 문제 (Near-Far Problem)

CDMA 시스템에서는 여러 사용자가 동일한 주파수 대역을 동시에 공유하며 통신한다. 각 사용자는 서로 다른 확산 코드(PN 코드)를 사용하여 구분하는데, 이 때 모든 사용자가 동일한 송신 전력으로 신호를 보내면 멀리 있는 사용자의 신호가 가까이 있는 사용자의 신호보다 약하게 수신된다.

다시 말해 기지국 기준에서, 기지국에 가까운 사용자는 수신 전력, Rx Uplink Power가 매우 높고, 기지국에서 먼 사용자는 Rx Uplink Power가 매우 낮다.

이렇게 되면 기지국 기준에서, 멀리 있는 사용자의 신호를 가까이 있는 사용자의 신호가 압도하는 세기로 덮어버린다.

전력 제어

기지국은 각 사용자의 수신 전력을 유사한 수준으로 맞추도록, 각 단말기의 송신 전력을 조절하도록 명령한다.

기지국에서 가까운 사용자는 기지국 입장에서 Rx 전력이 매우 강할 수 있으므로, 단말의 Tx 전력을 낮추도록 명령한다. 반대로 기지국에서 먼 사용자는 기지국 입장에서 Rx 전력이 매우 약하므로, 단말의 Tx 전력을 높이도록 명령한다.

단말이 명령을 따라 Tx 전력을 조절하면, 모든 사용자의 신호가 비슷한 Tx 전력 수준으로 도달한다.

전력 제어는 신호 대 간섭 비 SIR을 기준으로 동작한다. 어떤 사용자의 SIR이 높은 경우, 수신 전력이 다른 사용자들에 비해 상대적으로 강한 것이므로, 업링크 송신 전력을 감소하도록 한다. 역으로 SIR이 낮은 경우, 수신 전력이 다른 사용자들에 비해 상대적으로 약한 것이므로, 업링크 송신 전력을 증가하도록 한다.

• SIR이 높은 경우: Tx 전력 감소
• SIR이 낮은 경우: Tx 전력 증가

이러한 제어 로직은 피드백 루프로 구성하여 모든 사용자의 SIR이 목표한 수준에 수렴하도록 지속적으로 조정한다. 이 방식은 Closed-loop Power Control으로 명명되어, CDMA 시스템에서 초당 800~1500회 수준에서 제어가 수행된다.

직교성과 원근 문제

만약 신호의 직교성이 보장된다면, 원근 문제는 심각한 고려 사항이 아니다.

\[\int_{0}^{T}{s_1 (t) \cdot s_2 (t) dt} = 0\] \[\int_{0}^{T}{s_1 (t) \cdot 1000 s_2 (t) dt} = 0\]

두 신호 $s_1(t)$, $s_2(t)$ 가 직교한다면, 두 신호의 내적은 항상 0이므로, 한쪽 신호의 세기가 다른쪽 신호를 압도하더라도 서로 간섭하지 않는다.

따라서 직교성이 보장되면 역확산 과정에서 다른 신호의 간섭의 영향이 없으므로, 이론적으로 원근 문제가 발생하지 않는다.

직교성이 보장되는 코드는 시간 동기화 문제를 고려하여 기지국 발 신호인 다운링크에서 사용한다. 사용자 단말 발 신호인 업링크에서는 여전히 직교성이 완벽하게 보장되지 않으므로, 원근 문제를 완화하기 위해 전력 제어가 수행되어야 한다.