KR100646924B1 - 무선 통신 시스템에서 신호들을 전송하기 위한 방법 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 신호들을 전송하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 제 1 전송 무선 스테이션(AP)으로부터의 신호들은 적어도 두 개의 중간 스테이션(EP)을 통해 제 2 수신 무선 스테이션(RM, MN)에 전송된다. 제 2 수신 무선 스테이션(RM, MN)으로의 방출 구성을 위한 시그널링이 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP) 사이에서 실행된다.

Description

무선 통신 시스템에서 신호들을 전송하기 위한 방법{METHOD FOR TRANSMITTING SIGNALS IN A RADIO COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 신호들을 전송하기 위한 방법에 관한 것이다.
공지된 애드-혹(ad-hoc) 네트워크는 일반적으로 공지된 이동 무선 시스템들과 비교해서 열악한 성능을 갖는다. 그 이유는 특히 매우 많은 수의 다중홉 스테이션들을 통한 데이터 전송이 존재하는 경우에 사용되는 주파수들이 이러한 스테이션들의 특정 반경 내에서 다시 사용될 수 없다는 사실 때문이다. 전송 자원들의 이러한 비조화적인 사용은 데이터 쓰루풋(throughput)이 위치에 상당히 의존적으로 된다는 단점을 갖는다.
그러므로, 본 발명의 목적은 큰 거리들에 걸친 효율적인 전송을 위해 공지된 애드-혹 네트워크들을 유리하게 개발하는 것이다. 이러한 목적은 독립항 제 1항에 따른 방법에 의해서 달성된다. 본 발명의 개선점들은 종속항들의 목적이다.
본 발명에 따른 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 장치들이 다음의 일예들을 사용하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 두 개의 홉들(hops)과 두 개의 중간 스테이션들을 구비하는 MHSFN 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 MHSFN 시스템의 가능한 여러 구현에 대한 개요를 나타내는 도면.
도 3은 중간 스테이션들을 구비하는 2-홉 SFN 시스템을 나타내는 도면.
도 4는 전송 채널들을 나타내는 도면.
도 5는 두 개의 중간 스테이션들에 대한 목적 함수를 나타내는 도면.
도 6은 추가적인 목적 함수를 나타내는 도면.
도 7은 중간 스테이션을 구비한 3-홉 SFN 시스템을 나타내는 도면.
도 8은 수 개의 중간 스테이션들로 이루어진 클러스터를 나타내는 도면.
도 9는 애드-혹 네트워크에서 분포된 안테나 개념의 응용을 나타내는 예에 대한 도면.
다중홉(MH) 데이터 전송을 이용한 신호 처리 및 시그널링을 위한 방법들과 단일 주파수 네트워크(SFN) 무선 통신 시스템이 설명된다. SFN들은 예컨대 디지털 비디오 방송-지상(DVB-T) 또는 디지털 오디오 방송(DAB) 시스템들과 같은 무선 방송 시스템들로부터 공지되어 있는데, 이것들을 통해서 큰 영역이 동일한 전송 주파수들을 사용하여 수 개의 기지국들에 의해 커버된다.
1. 시스템 설명
전송 무선 스테이션, 수신 무선 스테이션 및 하나 이상의 중간 스테이션들로 구성되거나 또는 중간 스테이션을 포함하지 않는 무선 통신 시스템에 대한 설명이 이루어진다.
이러한 종류의 시스템에서는, 예컨대 데이터 신호들과 같은 신호들이 전송 무선 스테이션으로부터 수신 무선 스테이션에 직접적으로 전송되거나 또는 하나 이상의 중간 스테이션들을 경유하여 전송된다. 이러한 처리에서, 중간 스테이션(EP-Extension Point)은 전송 스테이션(AP-Access Point)으로부터 전송되는 신호들을 직접적으로 또는 추가의 중간 스테이션들을 경유하여 간접적으로 수신 무선 스테이션(MT-Mobile Terminal)에 전송할 수 있다. 수 개의 스테이션들을 경유하여 전송하는 것은 다중홉(MH)으로도 알려져 있다. 또한, 수 개의 중간 스테이션들은 동일한 신호나 데이터를 동시에 수신할 수 있으며, 그것들을 공동으로, 즉 동시에 동일 주파수로 SFN을 통해서 수신 무선 스테이션이나 다른 중간 스테이션들에 직접 전송할 수 있다.
이러한 시스템은 아래에서 멀티홉 단일 주파수 네트워크(MHSFN)로 지칭된다. 도 1은 전송 무선 스테이션(AP), 두 개의 중간 스테이션들(EP)을 경유하는 두 개의 홉들 및 수신 무선 스테이션(RM)을 구비하는 MHSFN의 예를 나타낸다. 이 경우에, 상기 두 개의 중간 스테이션(EP)은 일예로서 전송 무선 스테이션(AP)의 전송 범위 내에 있는 것으로 도시되는데, 상기 전송 무선 스테이션(AP)은, 제 1 단계에서, 상기 전송 무선 스테이션(AP)의 전송 범위 밖에 위치하는 수신 무선 스테이션(RM)으로 예정된 데이터를 중간 스테이션(EP)에 전송한다. 제 2 단계에서, 중간 스테이션(EP)은 데이터를 동시에 동일한 주파수로 수신 무선 스테이션(RM)에 전송한다. 중간 스테이션은 예컨대 전송 무선 스테이션에 의해서 동기될 수 있고, 그로 인해서 위상 사전-등화가 중간 스테이션들의 위치에서 유리하게 실행될 수 있음으로써 수신 무선 스테이션의 위치에서 신호들의 구조적인 중첩(superpositioning)을 보장할 수 있다. 이러한 종류의 단일 주파수 네트워크의 장점은 전송 범위가 달성가능한 더 큰 신호-대-잡음비에 의해서 증가되고 불감 영향(effect of shadowing)이 또한 감소된다는 점이다. 또한, 전송의 신뢰도가 증가되는데, 그 이유는 심지어 중간 스테이션들 중 하나가 예컨대 사용자에 의해서 동작이 중단되더라도 수신 무선 스테이션으로의 데이터 전송이 여전히 다른 활성의 전송용 중간 스테이션들에 의해서 보장되기 때문이다.
1.1 MHSFN 시스템에서의 신호 처리 및 시그널링
사전-등화 또는 등화 절차들과 같은 신호 처리 방법들은 MHSFN 시스템의 중간 스테이션들(ES)에서 유리하게 사용될 수 있다. 이러한 절차들의 성능을 증가시키기 위해서, 무선 스테이션들(AP) 및/또는 RM과 중간 스테이션들(EP) 사이의 시그널링에 의해서 또한 특성값이 교환될 수 있다. 이러한 정보를 통해서, 가중 인자들이 예컨대 수신 무선 스테이션에 전송하기에 앞서 각각의 중간 스테이션에서 결정될 수 있고, 상기 수신 무선 스테이션은 상기 수신 무선 스테이션의 위치에서 더 높은 신호-대-잡음비를 바람직하게 달성한다. 특성값을 고려하지 않는 단순한 위상 사전-등화와 비교하면, 이는 이점을 달성할 수 있는데, 그 이유는 보다 낮은 신호-대-잡음비 값들을 갖는 접속들이 수신 무선 스테이션에서 수신되는 신호들을 간섭하지 않기 때문이다.
이 경우에, 3 개의 신호 처리과정 또는 시그널링 개념들 사이에는 기본적으로 구별이 이루어질 수 있다.
대부분 최적인 신호 처리과정으로 이루어진 제 1 해결방법은 모든 수신된 심볼들 및 채널 특성들의 인지에 기초한다. 그러나, 아래에서 다중 입력 다중 출력(MIMO) 전송으로 지칭되는 이러한 개념에서는, 이것은 매우 높은 시그널링 비용이 결부된다.
신호 처리과정의 제 2 해결방법은 채널 특성들의 인지에만 단순히 기초한다. 수신되는 심볼들의 단지 통계적인 특성값만이 알려질 필요가 있다. 이러한 해결방법을 통해, 채널 상태에 관한 정보가 스테이션들 사이에서 교환된다. 이러한 경우에 이러한 정보의 업데이팅은 예컨대 단지 채널 특성들에 중요한 변화가 있는 경우에는 필요하고, 이는 시그널링 비용에 있어 유리한 감소를 유도할 수 있다. 이러한 개념은 적응된 SFN 전송으로서 아래에서 지칭된다.
제 3 해결방법은 시그널링-부재(signaling-free)이다. 상기 신호 처리과정은 특정 스테이션이나 중간 스테이션에서 이용가능한 정보에만 오로지 기초하거나 또는 채널 감쇠 및/또는 채널 잡음과 같은 MHSFN 시스템의 특성값에만 오로지 기초한다. 추가의 또는 모든 중간 스테이션들에 대한 어떠한 부가적인 정보도 알려지지 않는다. 이러한 개념은 아래에서 블라인드 SFN 전송으로 지칭된다.
중간 스테이션들에서의 적절한 신호 처리과정이나 특수 사전-등화 및/또는 등화 절차에 의해서, 예컨대 수신 무선 스테이션의 위치에서 신호들의 유리한 구조적인 중첩을 달성하는 것이 가능하다. 그러나, 수신기에서 신호들의 이러한 종류의 동위상 중첩을 달성하기 위해서는, 예상되는 전송 채널에 관한 정확한 인지가 이루어져야 하며 이는 신호 처리과정 동안에 고려되어야 한다. 무선 채널의 상반되는 특성이 이러한 경우에 종종 사용될 수 있는데, 이는 무선 채널의 작용에 대한 정보가 수신되는 신호들을 통해 획득될 수 있게 한다. 그러나, 아날로그 전송 채널이 무선 채널 및 아날로그 전송 또는 수신 프런트 엔드로 구성된다는 것이 고려되어야 한다. 무선 채널의 충분한 상반성(reciprocity)이 존재하는 반면에, 전송 또는 수신 프런트 엔드의 전송 작용은 특히 위상 응답에 따라서 상당히 변할 수 있다. 그러므로, 전송 채널의 동위상 예측은 단지 이러한 차이가 고려되는 경우에만 이루어질 수 있다.
아래에서는 두 타입의 스테이션들(단말들) 사이의 구별이 이루어진다:
- 전송 채널의 동위상 예측을 갖는 단말들, 및
- 전송 채널의 동위상 예측을 갖지 않는 단말들.
도 2는 MHSFN 시스템들의 상이한 구현 가능성들에 대한 개요이다. 이러한 구현들의 결합들이 앞서 언급한 개념들 이외에도 가능하다.
상이한 시그널링 처리과정 알고리즘들이 사용되는 단말 및 시그널링 개념의 타입에 따라 유리하게 사용될 수 있다. 신호 처리과정 및 사전-등화 및/또는 등화 절차들의 여러 기술들이 일예들을 통해 아래에서 설명된다.
2. 일예들
앞서 언급한 시스템 개념들을 설명하기 위해서, 시스템 구현의 일예들이 아래에서 설명된다.
공지되어 있는 직교 주파수 분할 멀티플렉스(OFDM) 전송 시스템이 아래의 예들에 대한 기초로서 사용되고, 각 개별적인 서브캐리어의 송신기 전력이 또한 스펙트럼 마스크를 통해 제한된다. 그와 같은 본 발명에 따른 방법은 이러한 경계 조건들로 제한되지는 않지만 다른 경계 조건들을 갖는 시스템들에서 유사한 방식으로 사용될 수 있다.
설명된 경계 조건들의 일예들은 개별적인 서브캐리어에 대한 별도의 독립적인 조사를 가능하게 하여, OFDM 시스템의 다른 서브캐리어들와 관계없이 각각의 서브캐리어의 전송 성능을 유리하게 분석하여 최적화시키는 것을 가능하게 한다.
2.1 2-홉 SFN
도 3은 두 개의 중간 스테이션들(EP)을 구비한 2-홉 SFN 시스템을 나타낸다.
아래에서 설명되는 방법들은 전송 성능을 최적화시키기 위해 사용된다. 이를 위해서, 각각의 서브캐리어의 신호-대-잡음비 SNRSFN은 예컨대 수신기에서 최대가 된다. 이러한 종류의 최적의 전송을 지원하는 시그널링 프로토콜들이 또한 설명된다.
도 4에 따른 분석 설명에 있어서, 전송 채널들의 설명을 위해 명칭이 정해진다. 이는 서브캐리어에 대한 전송 인자들 및 잡음 항들을 나타낸다.
전송 무선 스테이션으로부터 번호 k의 중간 스테이션(EP)으로의 전송 인자는 H1K로 지정된다. 신호 n1K는 번호 k의 중간 스테이션(EP)에서의 잡음을 나타낸다. 중간 스테이션들(EP)의 수는 K로 도시되어 있으며 인덱스 k는 0 내지 K-1이다. 잡 음 전력은
Figure 112005011985913-pct00001
로 표시되어 있다. 인덱스 1은 2-홉 시스템의 제 1 홉을 나타낸다. 대응적으로, H2K는 번호 k의 중간 스테이션(EP)으로부터 수신 무선 스테이션으로의 전송 인자이다. 신호 n2는 수신 무선 스테이션에서의 잡음을 나타낸다. 잡음 전력은
Figure 112005011985913-pct00002
로 표시되어 있다. 인덱스 2는 2-홉 시스템의 제 2 홉을 나타낸다. 복소 인자 AK 각각은 번호 k의 중간 스테이션에서의 가중화를 나타낸다.
이러한 명칭 및 1로 제한하는 송신기 전력의 경계 조건으로부터, 복소 인자들 AK에 대한 다음과 같은 경계를 얻게 된다:
Figure 112005011985913-pct00003
2.2.1 채널 위상들의 인지 부재
제 1 예에서는, 전송을 위한 전송 채널의 채널 위상을 인지하지 못하는 중간 스테이션들(EP)을 구비한 시스템이 가정된다.
H2k의 채널 위상들이 중간 스테이션들(EP)에 통보되지 않기 때문에, 수신 무선 스테이션의 위치에서 신호들의 구조적인 중첩이 항상 달성될 수는 없다. 상기 수신되는 신호들은 랜덤 위상을 통해 서로 겹치고, 이는 수신되는 신호들의 성능이 중간에서 더해진다는 것을 의미한다. 따라서, 수신기에서의 신호-대-잡음비는 다음과 같이 계산된다:
Figure 112005011985913-pct00004
목적 함수(SNRSFN)가 이제
Figure 112006068236038-pct00005
의 변차(variation)를 사용하여 최대화될 것이다. 그렇게 함으로써, 파라미터들
Figure 112006068236038-pct00006
은 제한된다는 것을 주시하자. 그러므로,
Figure 112006068236038-pct00007
의 경계에 의해 주어지는 유효성 범위에서만 최적화가 실행될 것이다.
2.2.1.1 채널 파라미터들 및 수신 값 시그널링(제 1 해결방법에 따른 MIMO 전송)
수신기의 위치에서 신호-대-잡음비 SNRSFN의 최적화는 모든 시스템 파라미터들을 고려한 수신 값들 및 채널 파라미터들의 시그널링을 통해 유리하게 달성될 수 있다.
2.2.1.2 채널 파라미터 시그널링(제 2 해결방법에 따른 적응적인 SFN 전송)
수신기의 위치에서 신호-대-잡음비 SNRSFN의 최적화는 이러한 시스템 파라미터들을 고려한 채널 파라미터들을 시그널링함으로써 실행될 수 있다.
최대화를 위해서, 목적 함수의 작용에 대한 예비 조사가 도움이 된다. 이는 목적 함수의 "높이 라인들"이 디멘션 K-1의 "직선 라인들"이나 RK에서 디멘션 K-1의 하이퍼 레벨(hyper level)이라고 결정할 것이다. 이는 어떠한 "높이 라인들"도 포인트 특징을 갖지 않는다는 것을 의미한다. 이 때문에, 상기 함수는 유효성 범위 내에서 포괄적인 최대치 또는 최소치를 가질 수 없다. 상기 함수는 유효성 범위의 에지에서 최대가 된다.
유효성 범위는 RK에서 하이퍼 레벨에 의해 경계가 정해지기 때문에, 목적 함수의 최대치는 유효성 범위의 최고점에서 발견될 것이다. 일부 경우에는, 최대 SNRSFN에 속하는 높이 라인 하이퍼 레벨이 인접한 하이퍼 레벨 상에 존재할 수 있다. 각각의 포인트에서는, 따라서 각각의 최고점이 높이 라인 상에서 동일 값을 갖고, 임의의 최고점이 이 경우에 선택될 수 있다.
도 5는 파라미터들
Figure 112005011985913-pct00008
에 관련해서 두 중간 스테이션들에 대해 도시된 목적 함수 SNRSFN의 예이다. 채널 전송 인자들은 이 예에서 랜덤하게 선택된다. 도 5로부터, 높이 라인들은 직선 라인이고 목적 함수는 유효성 범위의 최고점에서 최대라는 것을 알 수 있다.
이러한 분석은 최적의 SNRSFN이 항상 유효성 범위의 최고점에 도달된다는 것을 나타낸다. 한 최고점은 파라미터 세트
Figure 112006068236038-pct00009
를 나타내는데, 여기서 하나 이상의 중간 스테이션들(EP)은 최대 전력(|Ak|2 = 1/(|H1k|2 + σ1k 2))으로 전송하지만, 다른 중간 스테이션들(EP)은 어떠한 전송도 수행하지 않는다(
Figure 112006068236038-pct00011
). 중간 스테이션들 중 어느 것도 제로와 최대 값 사이의 전력(
Figure 112006068236038-pct00012
)으로 전송하지 않는다. 따라서, 최대 전력으로 전송하는 중간 스테이션들(EP)의 적절한 선택에 의해서 SNRSFN의 최대화가 달성된다.
활성 중간 스테이션들의 선택은 예컨대 선택 기준을 통해 이루어질 수 있다. 만약 L+1개의 중간 스테이션들이 선택되고 최대 전력으로 전송한다면, 중간 스테이션이 SNRSFN을 증가시키기 위해서 스위칭 오프되어야 하는 조건들을 나타내는 규칙이 정해진다. 다음으로, 중간 스테이션 번호 L은 예컨대 만약 정확하게 스위칭 오프되어야 하는데, 이는 SNRSFN이 증가되거나 또는 불변적으로 유지될 것이라는 것을 의미한다. 만약 SNRSNF가 모든 중간 스테이션들(번호 0 내지 번호 L)이 전송 중일 때의 신호-대-잡음비를 나타내고 SNRSFN L-1가 중간 스테이션들(번호 0 내지 번호 L-1) 중 하나만이 전송 중일 경우에 신호-대-잡음비를 나타낸다면, 이러한 상황은 다음과 같이 공식화된다:
Figure 112005011985913-pct00013
이는 번호 L의 중간 스테이션이 자신의 수신된 신호-대-잡음비(SNR1L)가 수신 무선 스테이션에서 이전의 신호-대-잡음비(SNRSFN L)보다 작은 경우에는 스위칭 오프될 것이라는 것을 나타낸다.
다음의 단계들을 갖는 알고리즘은 이러한 인지에 기초하여 공식화될 수 있다.
1. 모든 K개의 중간 스테이션들(EP)이 최대 전송 전력으로 전송하는 경우에 SNRSFN을 결정함.
2. 결정된 SNRSFN을 중간 스테이션의 수신된 신호-대-잡음비 SNR1k와 비교하고, SNR1k ≤SNRSFN을 갖는 모든 중간 스테이션들(EP)을 활성해제함.
3. 어떠한 추가의 중간 스테이션(EP)도 활성해제되지 않을 경우 루틴을 종료함.
4. 최종적인 SNRSFN을 결정하고 단계(2)로 진행함.
SNRSFN은 각각의 단계들을 진행하면서 증가하기 때문에, 이전 진행의 결정들은 유효하게 유지되고 따라서 그것들은 다시 검사되거나 정정될 필요가 없다. 이는 적어도 K번의 진행과 그 이후의 중지 다음에 최적의 결과를 계산하는 알고리즘의 수렴 작용(convergent behavior)을 나타낸다.
활성 기준은 또한 이미 설명되어진 활성 기준과 유사한 방식으로 정의될 수 있다. 이러한 경우에, 번호 L+1의 새로운 중간 스테이션은 만약 그것의 수신된 신호-대-잡음비(SNR1L+1)가 수신 무선 스테이션의 위치에서의 이전 신호-대-잡음비(SNR1L+1)보다 큰 경우에 활성되는데, 상기 이전 신호-대-잡음비는 번호 0 내지 L의 이전 활성 중간 스테이션들로부터 유도된다.
설명된 분석은 각각의 OFDM 서브캐리어에 대해서 개별적으로 수행될 수 있다. 서브캐리어들에 대한 앞선 명칭의 확장을 위해서, 필요한 것은 서브캐리어들에 의한 시스템 및 채널 파라미터들을 설명하는 것이다.
다음의 시그널링 개념은 이러한 기준들로부터 유도될 수 있다.
1. 수신 무선 스테이션은 예컨대 각각의 OFDM 서브캐리어에 대한 결정된 수신 신호-대-잡음비 SNRSFN(f)를 모든 중간 스테이션들(EP)에 주기적으로 시그널링한다.
2. 각각의 중간 스테이션(EP)은 서브캐리어에 의한 시그널링된 신호-대-잡음비 SNRSFN(f)를 상기 고유의 결정된 수신 신호-대-잡음비 SNR1k(f)와 비교하고, 그럼으로써,
a. SNR1k(f) ≤ SNRSFN(f)인 경우, 번호 K의 중간 스테이션(EP)은 서브캐리어 f를 통해 신호를 전송하지 않고,
b. SNR1K(f) > SNRSFN(f)인 경우, 번호 K의 중간 스테이션(EP)은 상기 서브캐리어 f를 통해 최대 전력
Figure 112006068236038-pct00014
Figure 112006068236038-pct00015
로 전송한다.
2.2.1.3 시그널링 부재(제 3 방법에 따른 블라인드(blind) SFN 전송)
수신기의 위치에서 신호-대-잡음비(SNRSFN)는 알려진 시스템 파라미터들을 단지 국부적으로 고려함으로써 시그널링없이 실행될 수 있다.
2.2.2 채널의 위상 인지
제 2 예에서는, 중간 스테이션(EP)을 구비한 시스템이 전송을 위한 전송 채널의 채널 위상들을 인지하였다고 가정한다.
중간 스테이션들(EP)에서 H2K의 위상은 통보되지 않기 때문에, 수신기에서 신호들의 유리한 구조적인 중첩이 이루어지지는 않는다. 수신되는 신호들은 랜덤 위상을 통해 서로 중첩하고, 이는 평균적으로 단지 수신되는 신호들의 전력이 더해진다는 것을 의미한다. 따라서, 수신 무선 스테이션의 위치에서 신호-대-잡음비는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112006068236038-pct00016
이러한 목적 함수 SNRSFN는 이제
Figure 112006068236038-pct00017
의 변차를 사용하여 최대화될 것이다. 그렇게 하였을 때, 파라미터들
Figure 112006068236038-pct00018
은 제한된다는 것을 알아야 한다. 따라서, 단지 주어진
Figure 112006068236038-pct00019
유효성 범위를 제한함으로써 실행될 것이다.
2.2.2.1 채널 파라미터 시그널링 및 수신된 값 시그널링(제 1 방법에 따른 MIMO 전송)
신호-대-잡음비 SNRSFN의 최적화는 모든 시스템 파라미터들을 고려하여 시그 널링함으로써 유리하게 실행될 수 있다.
2.2.2.2 채널 파라미터 시그널링(제 2 방법에 따른 적응적인 SFN 전송)
이런 시그널링을 통한 신호-대-잡음비 SNRSFN의 최적화는 채널 파라미터들을 고려하여 유리하게 실행될 수 있다.
목적 함수의 작용에 대한 새로운 예비 조사는 최대화에 도움이 된다. 이는 디멘션 K-1의 목적 함수 하이퍼볼라들이나 디멘션 K-1의 하이퍼볼라들의 높이 라인들이 RK에 있도록 설정한다. 이는 어떠한 높이 라인도 포인트 특징을 갖지 않으며 따라서 상기 함수는 유효성 범위 내에서 어떠한 포괄적인 최대치 또는 최소치를 갖지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 함수는 유효성 범위의 에지에서 최대치가 된다. 메인 축 이론을 통해서, 모든 하이퍼볼라들이 동일한 메인 축들을 갖는다는 것이 또한 확인될 수 있다.
도 6은 파라미터들
Figure 112006068236038-pct00020
에 대해서 두 개의 중간 스테이션들(EP)에 대한 신호-대-잡음비 SNRSFN를 나타내는 목적 함수의 예를 나타낸다. 채널 전송 인자들은 본 예에서 랜덤하게 선택되었다. 높이 라인들은 하이퍼볼라들이고 목적 함수는 유효성 범위의 에지에서 최대로 된다는 것이 확인될 수 있다. 도 6의 하단에는, 높이 라인들 이외에도 유효성 범위 및 하이퍼볼라들의 공통 메인 축이 도시되어 있다.
분석은 목적 함수 SNRSFN이 유효성 범위의 에지에서 최대로 된다는 것을 나타낸다. 유효성 범위의 에지들은 따라서 하이퍼 레벨들에 의해서 정해질 수 있다. 제 1 단계에서는, 최적으로 확인될 인접하는 하이퍼 레벨이 획득된다. 도 6으로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 메인 축에 의해서 교차될 "제 1 교차점", 즉 하이퍼 레벨 메인 축과 하이퍼 레벨 사이의 교차점인 하이퍼 레벨은 코디네이트 점프에 가장 근접하여 놓인다. 메인 축 이론을 통해서,
Figure 112006068236038-pct00021
Figure 112006068236038-pct00022
)인 경우에 파라미터 세트는 메인 축 상에 놓이고 스칼라 λ는 임의의 선택된 벡터의 길이를 나타낸다는 것을 알 수 있다.
Figure 112006068236038-pct00024
는 이제 가중 인자
Figure 112006068236038-pct00025
가 최대가 되도록 선택된다. 이로부터 다음과 같은 식을 얻게 된다:
Figure 112006068236038-pct00026
메인 축과 처음으로 교차하는 하이퍼 레벨은 가장 짧은 벡터 및 그에 따른
Figure 112006068236038-pct00027
의 가장 작은 값
Figure 112006068236038-pct00028
에 의해 특성화된다.
다음에서는,
Figure 112006068236038-pct00029
값의 크기에 따라 중간 스테이션들(EP)의 번호를 분류하는 것이 유용하게 고려되고, 따라서 번호 K=0을 갖는 중간 스테이션(EP)은 가장 작은 값
Figure 112006068236038-pct00030
을 갖고, 시퀀스
Figure 112006068236038-pct00031
가 유도된다.
이러한 분류는
Figure 112006068236038-pct00032
가
Figure 112006068236038-pct00033
와 같다는 것을 의미하는데, 최대치가 놓이는 하이퍼 레벨은
Figure 112006068236038-pct00034
에 의해 정의된다.
가장 작은 값
Figure 112006068236038-pct00035
을 갖는 중간 스테이션(EP)은 SNRSFN을 최대화시키기 위해서 최대 전송 전력으로 전송해야 한다. 만약 수 개의 중간 스테이션들, 예컨대 N개의 중간 스테이션들이 K<N인 경우에 동일한 최소값
Figure 112006068236038-pct00036
을 갖는다면, 모든 N개의 중간 스테이션들은 최대 전력으로 전송한다.
Figure 112006068236038-pct00037
N개의 중간 스테이션들에 의해서 최대의 전송 전력으로 이렇게 전송함으로써, 수신 무선 스테이션의 위치에서 다음과 같은 신호-대-잡음비를 얻게 된다:
Figure 112005011985913-pct00038
N 개의 중간 스테이션들의 전송 전력을 고정시키는 것은 유효성 범위의 에지, 디멘션 K-N의 하이퍼 레벨을 정의한다. 다음의 단계에서는, 이러한 하이퍼 레벨에서 목적 함수의 최대치가 결정된다. 이는 이러한 하이퍼 레벨에서 목적 함수의 높이 라인이 일반적으로 타원형이고 정확하게는 한 높이 라인이 한 포인트로 퇴보한다는 것을 결정할 것이다. 메인 축 이론은 이러한 포인트가 다음의 파라미터 세트에 의해 정의되는 것을 나타낸다:
Figure 112006068236038-pct00039
Figure 112005011985913-pct00040
마지막 단계에서는, 결과가 유효 범위 내에 있는지 여부를 결정하기 위해서 검사가 이루어진다. 실행되는 재분류는 단순히 k=N에 대해 계산된
Figure 112006068236038-pct00041
와 허용가능한 최대 전력을 비교한다. 위와 유사하게, 번호 k=N을 갖는 이러한 중간 스테이션들은 또한 최대 전력으로 전송함으로써 만약 최대 전력이 계산된 솔루션을 초과하더라도 최적을 이룬다는 것이 확인될 수 있다. 최대 전력은
Figure 112006068236038-pct00042
인 경우에 초과된다. 상기 절차는 디멘션 K-N-1의 하이퍼 레벨에 대해 앞서 설명된 바와 같이 고려될 것이고 그에 따라 다시 정의될 것이다.
만약 중간 스테이션들이 이러한 계산의 결과에 대응하여 전송한다면, 최대 SNRSFN이 수신 무선 스테이션에서 달성된다. 이 경우에, 최대 SNRSFN은 다음과 같다:
Figure 112005011985913-pct00043
이러한 결론에 기초하여, 다음의 단계들을 갖는 알고리즘이 공식화될 수 있다:
1. 0 ≤k < K의 경우에
Figure 112005011985913-pct00044
를 계산하고, 시퀀스
Figure 112005011985913-pct00045
에 따라 인덱스들 k를 재분류함.
2. N=1로 설정함
a.
Figure 112006068236038-pct00046
를 계산.
3. 만약
Figure 112006068236038-pct00047
라면, N=N+1로 설정하고 단계 3으로 진행함.
a. 인자들을 계산
Figure 112006068236038-pct00048
, 또는
Figure 112006068236038-pct00049
모든 중간 스테이션들(EP)이 선택되었을 때 반복이 중단된다.
반복 동안에,
Figure 112005011985913-pct00050
값은 각각의 중간 스테이션(EP)에 대해 개별적으로 비교가 수행될 수 있게 하는 작용을 한다. 이 경우에는, 몇몇 중간 스테이션들(EP)이
Figure 112005011985913-pct00051
와 동일한지 여부를 고려할 필요가 없다.
게다가, 선택된 중간 스테이션(EP)에 대해서 반복
Figure 112006068236038-pct00052
Figure 112006068236038-pct00053
의 완료 후에 k ≤N이 적용되는 것이 결정될 것이다. 이러한 특성 및 위의 알고리즘으로부터, 다음과 같은 시그널링 개념이 유도될 수 있다.
1. 예컨대, 모든 중간 스테이션들(EP)은 SNR1k를 수신 무선 스테이션에 주기적으로 전송한다.
2. 이러한 포인트-투-포인트 접속들을 통해서, 수신 무선 스테이션은 적절한 측정들에 의해서 SNR2k를 결정한다.
3. 수신 무선 스테이션에서는 최종
Figure 112005011985913-pct00054
이 위의 알고리즘을 통해 계산된다.
4. 수신 무선 스테이션은 예컨대 계산된
Figure 112005011985913-pct00055
을 모든 중간 스테이션들(EP)에 주기적으로 전송한다.
5. 이러한 방송을 통해, 각각의 중간 스테이션(EP)은 적절한 측정들에 의해 SNR2k을 개별적으로 결정한다.
6. 각각의 중간 스테이션(EP)은 개별적으로 다음을 계산한다.
a.
Figure 112005011985913-pct00056
인 값.
b. 만약 결과들이 중간 스테이션의 최대 송신기 전력을 초과한다면, 그것은 이러한 최대 크기
Figure 112006068236038-pct00057
로 제한되고, 나중에 SNR1k는 수신 무선 스테이션에 전송되며, 그렇지 않으면 SNR1k는 수신 무선 스테이션에 전송될 필요가 없다.
7. 중간 스테이션들(EP)은 전송 무선 스테이션으로부터 수신되는 데이터를 전송하기 시작한다.
8. 만약 새로운 중간 스테이션(EP)이 더해진다면,
a. 그것은 또한 개별적으로 다음의 값을 계산한다:
Figure 112006068236038-pct00058
b. 만약 결과가 그것의 최대 송신기 전력을 초과한다면, 그것은 최대 값으로 제한되고,
Figure 112006068236038-pct00059
나중에 SNR1k는 수신 무선국에 전송되며, 그렇지 않다면 SNR1k는 수신 무선 스테이션에 전송될 필요가 없다.
2.2.2.3 시그널링 부재(제 3 방법에 따른 블라인드 SFN 전송)
수신 무선 스테이션의 위치에서 신호-대-잡음비 SNRSFN의 최적화는 국부적으로 알려진 시스템 파라미터들만을 고려함으로써 시그널링없이 수행될 수 있다.
2.3 3-홉 SFN(단일 주파수 네트워크)
도 7은 중간 스테이션(EP)을 구비하는 3-홉 SFN 시스템을 나타낸다. 이 경 우에, 전송 무선 스테이션(AP)으로부터 수신 무선 스테이션(RM)으로의 데이터 전송은 예컨대 각각의 경로에 대해 두 개의 미리 결정된 스테이션들(EP)을 포함함으로써 3개의 홉들에서 이루어진다.
2.3.1 채널 위상들의 인지
2.3.1.1 채널 파라미터 시그널링과 수신 값 시그널링(제 1 방법에 따른 MIMO 전송)
수신 무선 스테이션의 위치에서 신호-대-잡음비 SNRSFN의 최적화는 모든 시스템 파라미터들을 고려하여 시그널링함으로써 수행될 수 있다.
2.3.1.2 채널 파라미터 시그널링(제 2 방법에 따른 적응형 SFN 전송)
수신 무선 스테이션의 위치에서 신호-대-잡음비 SNRSFN의 최적화는 모든 시스템 파라미터들을 고려하여 시그널링함으로써 수행될 수 있다.
2.3.1.3 시그널링 부재(제 3 방법에 따른 블라인드 SFN 전송)
수신 무선 스테이션의 위치에서 신호-대-잡음비 SNRSFN의 최적화는 국부적으로 알려진 시스템 파라미터들만을 고려함으로써 시그널링없이 수행된다.
본 발명의 한 배치에 따르면, 수 개의 개별적인 무선 스테이션들 및/또는 중간 스테이션들(EP)은 협력하여 분산형 스마트 안테나를 형성한다. 이 경우에 개별적인 안테나 엘리먼트들은 통상적으로 무선 스테이션들이나 중간 스테이션들(EP)의 전방향성 안테나이다. 만약 애드-혹 네트워크에서 안테나들로 이루어진 몇몇 클러스터들이 분산된 안테나를 형성하기 위해 결합된다면, MIMO(multiple input multiple output)는 예컨대 공간 멀티플렉싱을 달성하기 위해서 이러한 방식으로 유리하게 형성될 수 있다. 예컨대 공지된 BLAST 원리에 상응하는 MIMO 채널은 매우 높은 스펙트럼 효율(비트/s/Hz)을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 안테나의 클러스터화는 애드-혹 네트워크들에서 계층 레벨들이 도입될 수 있게 한다. 큰 거리에 걸친 전송을 위해서, 예컨대, 강력한 MIMO 채널들이 사용되는 반면에, 짧은 거리는 수 개의 중간 스테이션들을 통해 공지된 다중홉 전송 시스템을 사용하여 브릿지된다. 이러한 방식으로, 전송이 국부적으로 제한되지 않는 경우에는 스케일가능한 애드-혹 네트워크들이 또한 구현될 수 있다.
본 알고리즘에 따라, 이러한 MIMO 안테나들은 개별적인 안테나들이나 안테나 엘리먼트들의 접속을 필요로 하는데, 이는 예컨대 채널 추정치들의 교환을 위해 추가적인 시그널링을 필요로 한다. 분산 개념은, 무선 또는 중간 스테이션들이 연관된 HF 프런트 엔드들을 구비하는 비용이 비싸며 대형인 안테나들 없이 구현될 수 있고, 따라서 분산된 MIMO 안테나들에 대한 매우 높은 스펙트럼 효율이 가능하게 되는 장점을 갖는다.
MIMO 방법들은 개별적인 안테나 엘리먼트들 사이의 무선 채널들이 비상관되는 것을 통상적으로 필요로 한다. 상기 환경에 따라, 안테나 엘리먼트들은 사용되는 전송 주파수의 몇몇 파장들에 달하는 이격거리를 가져야 한다. 이러한 필요요건은 특히 분산된 안테나에 대해서 충족되기 쉽다. 대체로, 간섭이 감소되는 SDMA(Space Division Multiple Access)나 제어가능 안테나들과 같은 모든 공지된 스마트 안테나 개념들은 분산된 안테나들을 사용하여 구현될 수 있다.
다음의 설명에서는 SFN(단일 주파수 네트워크)에서 수 개의 무선 또는 중간 스테이션들간의 추가적인 가능한 협동을 상세히 설명한다. SFN들에서는, 특수 다중홉 방법이 사용될 수 있고, 그로 인해 수 개의 중간 스테이션들이 매우 멀리 있는 수신 무선 스테이션(RM)(원격 이동 단말)에 동시적으로 데이터를 전송한다. 이미 설명된 바와 같은 중간 스테이션들(EP) 사이의 정보 교환과 중간 스테이션들(EP)에서의 선택된 적절한 가중 인자들을 교환함으로써, 종래의 SFN 네트워크들에 비해 상당한 이득이 획득될 수 있다. 상기 이득은 종래의 최대 비율 결합 방법들을 통해 달성되는 것과 같다. 일반적으로, 본 발명에 따른 분산 안테나의 방법은 무선 또는 중간 스테이션들의 증가된 수를 통해 성능 향상이 증가하는 장점, 즉 방법이 수 개의 스테이션들이 존재하는 경우에 일반적으로 증가되는 데이터의 양에 스스로 자동 적응하는 장점을 갖는다.
도 8은 각각의 경우에 MIMO 채널을 형성하기 위해 공간 멀티플렉싱을 위한 분산된 MIMO 안테나를 구성하기 위해서 전송단, 즉 전송 클러스터와 수신단, 즉 수신 클러스터 양쪽 모두에서 본 발명에 따라 수 개의 중간 스테이션들(MHN)(다중홉 노드들)로 이루어진 클러스터들을 나타낸다. 종래의 MIMO 안테나들과는 대조적으로, 이 경우에는 특정 클러스터의 개별적인 안테나 엘리먼트들 사이에 직접적인 유선 접속이 존재하지 않는다. 공간 멀티플렉싱은 모든 수신 안테나 엘리먼트들의 신호들을 결합하고 그로부터 최종적인 데이터 흐름을 결정한다. 이러한 개념은 특정 채널 추정들에 대한 데이터와 같은 시그널링 정보를 분산된 안테나들이나 스테이션들간에 본 발명에 따라서 교환할 수 있다.
도 9는 애드-혹 네트워크에서 분산 안테나 개념을 적용하는 예를 나타낸다. 이 경우에, MIMO 채널들은 애드-혹 네트워크의 원격 설비들 사이에 접속을 구축하는데 사용된다. 거의 홉들을 필요로 하지 않는 거리와 같은 보다 짧은 거리는 공지된 다중홉 접속들, 국부 다중홉 링크들을 사용하여 브릿지되는데, 그 이유는 주파수 및 시간 자원들이 이러한 방식을 통해 공간적으로 재사용될 수 있기 때문이다. 도 9의 회로들 각각은 수 개의 중간 스테이션들(MHN)(다중홉 노드)이나 수신 무선 스테이션들(MN)로 구성되는 클러스터의 예를 나타내는데, 그것은 각각의 경우에 스마트 안테나에 따라 반응하고 다른 원격 클러스터로의 전송을 가능하게 한다. 대안적으로, 서로로부터 매우 멀리 떨어져 있는 애드-혹 네트워크의 부분들로 이루어진 클러스터는 더 높은 스펙트럼 효율을 달성하는데, 이는 전체적인 네트워크의 스케일능력을 용이하게 한다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템에서 신호들을 전송하기 위한 방법으로서,
    제 1 전송 무선 스테이션(AP)으로부터의 신호들이 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP)을 통해 제 2 수신 무선 스테이션(RM, MN)에 전송되고,
    상기 제 2 수신 무선 스테이션(RM, MN)으로의 전송을 구성하기 위해, 상기 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP) 사이에 시그널링이 수행되는 신호 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP)과 상기 제 1 무선 스테이션(AP) 및 제 2 무선 스테이션(RM, MN) 중 적어도 하나 사이에, 채널 감쇠 및 채널 잡음 중 적어도 하나를 포함하는 특성 값들이 시그널링되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 채널 감쇠 및 채널 잡음 중 적어도 하나를 포함하는 특성 값들이 상기 제 1 무선 스테이션(AP) 및 제 2 무선 스테이션(RM, MN) 중 적어도 하나로부터 수신된 신호들로부터 상기 중간 스테이션들(EP)에서 결정되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 특성 값들은 가중 인자들을 결정하기 위해 상기 중간 스테이션들(EP)에서 사용되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 특성 값들은 채널 상태에 관한 정보를 포함하는 채널 특성들에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 채널 특성들에 대한 정보의 업데이팅이 채널 특성들의 변경이 있을 경우에 이루어지는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP)의 안테나 장치들은 스마트 안테나의 안테나 엘리먼트들에 해당하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전송 무선 스테이션(AP)의 무선 커버리지 영역에 위치한 다수의 중간 스테이션들(EP, MHN)의 안테나 장치들과, 상기 제 2 수신 무선 스테이션들(RM, MN)의 무선 커버리지 영역에 위치한 다수의 추가적인 중간 스테이션들(EP, MHN)의 안테나 장치들이 서로 그룹을 이루어 스마트 안테나를 형성하는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 전송을 위한 사전-등화 또는 등화 절차들이 상기 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP)에서 사용되는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 단일 주파수 네트워크(SFN)에 따라 상기 스테이션들간에 전송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 신호 전송 방법.
  11. 제 1 전송 무선 스테이션(AP);
    적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP); 및
    제 2 수신 무선 스테이션(RM, MN)을 포함하는 무선 통신 시스템으로서,
    상기 제 1 전송 무선 스테이션(AP)으로부터의 신호들이 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP)을 통해 제 2 수신 무선 스테이션(RM, MN)에 전송되고,
    상기 제 2 수신 무선 스테이션(RM, MN)으로의 전송을 구성하기 위해, 상기 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP) 사이에 시그널링이 수행되는 무선 통신 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP)과 상기 제 1 무선 스테이션(AP) 및 제 2 무선 스테이션(RM, MN) 중 적어도 하나 사이에, 채널 감쇠 및 채널 잡음 중 적어도 하나를 포함하는 특성 값들이 시그널링되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서, 채널 감쇠 및 채널 잡음 중 적어도 하나를 포함하는 특성 값들이 상기 제 1 무선 스테이션(AP) 및 제 2 무선 스테이션(RM, MN) 중 적어도 하나로부터 수신된 신호들로부터 상기 중간 스테이션들(EP)에서 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 특성 값들은 가중 인자들을 결정하기 위해 상기 중간 스테이션들(EP)에서 사용되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 특성 값들은 채널 상태에 관한 정보를 포함하는 채널 특성들에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 채널 특성들에 대한 정보의 업데이팅이 채널 특성들의 변경이 있을 경우에 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  17. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP)의 안테나 장치들은 스마트 안테나의 안테나 엘리먼트들에 해당하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  18. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전송 무선 스테이션(AP)의 무선 커버리지 영역에 위치한 다수의 중간 스테이션들(EP, MHN)의 안테나 장치들과, 상기 제 2 수신 무선 스테이션들(RM, MN)의 무선 커버리지 영역에 위치한 다수의 추가적인 중간 스테이션들(EP, MHN)의 안테나 장치들이 서로 그룹을 이루어 스마트 안테나를 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  19. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 전송을 위한 사전-등화 또는 등화 절차들이 상기 적어도 두 개의 중간 스테이션들(EP)에서 사용되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
  20. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 단일 주파수 네트워크(SFN)에 따라 상기 스테이션들간에 전송이 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
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