KR100855005B1 - ＭＭＲ(Ｍｏｂｉｌｅ Ｍｕｌｔｉ－ｈｏｐＲｅｌａｙ)시스템에서의 다중 홉 레인징을 위한 코드 셋생성 및 그 코드를 이용한 레인징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 MMR(Mobile Multi-hop Relay)시스템에서의 다중 홉 레인징을 위한 코드 셋 생성 및 그 코드를 이용한 레인징 방법은 기지국, 이동단말, 그리고 상기 기지국과 이동단말을 중계하는 중계국으로 이루어지는 MMR 시스템에서 상기 기지국이 레인징을 지원하는 방법에 있어서, 기지국이 단일홉 레인징을 위한 제1 CDMA 코드 셋(Set)과 멀티홉 레인징을 위한 제2 CDMA 코드 셋(set)을 분리하여 레인징을 위한 CDMA 코드 셋을 형성하는 단계; 및 상기 제2 CDMA 코드 셋에서 적어도 하나 이상의 CDMA 코드를 중계국별로 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 기존 표준에 정의된 MS의 레인징 절차에 수정을 가하지 않으면서 다중 홉 레인징을 지원할 수 있다.

Description

ＭＭＲ(Ｍｏｂｉｌｅ Ｍｕｌｔｉ－ｈｏｐ Ｒｅｌａｙ)시스템에서의 다중 홉 레인징을 위한 코드 셋 생성 및 그 코드를 이용한 레인징 방법{Method for generating CDMA code set for multi-hop raging in MMR system and method for ranging using the generated CDMA code set}

도 1은 IEEE 802.16의 초기 레인징 절차를 보여주는 흐름도이다.

도 2는 IEEE 802.16의 주기적 레인징 절차를 보여주는 흐름도이다.

도 3은 IEEE 802.16의 대역 요구 레인징 절차를 보여주는 흐름도이다.

도 4는 본 발명이 적용되는 MMR 시스템의 망 구성을 보여주는 도면이다.

도 5a는 본 발명에 의한 레인징을 위하여 기존의 CDMA 코드 세트의 일부를 다중홉 레인징을 위한 영역으로 분리한 것을 보여주는 도면이다.

도 5b는 본 발명에 의한 레인징을 위하여 새로운 CDMA 코드 세트를 별도로 정의한 것을 보여주는 도면이다.

도 6은 본 발명에 의한 레인징 방법의 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 7은 RS에 수신된 코드의 수가 할당된 코드의 수보다 작은 경우의 초기 레인징의 과정을 보여주는 흐름도이다.

도 8은 RS에 수신된 코드의 수가 할당된 코드의 수 이상인 경우의 초기 레인징의 과정을 보여주는 흐름도이다.

본 발명은 MMR(Mobile Multi-hop Relay) 시스템에 적합한 레인징 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 단일홉(1-hop)만을 지원하는 기존 표준(IEEE Std. 802.16-2004 및 IEEE Std. 802.16e-2005)의 레인징 방법의 한계를 극복하기 위하여 다중홉(multi-hop)환경에서 레인징을 지원할 수 있는 CDMA 코드 셋 생성 방법과 그 코드를 사용한 레인징 방법에 관한 것이다.

먼저, 용어에 대한 정의를 내린다.

- BS : Base Station. 기지국.

- MS : Mobile Station. 단말국.

- RS : Relay Station. 중계국.

- Downlink : BS에서 다른 단말로 데이터가 전송되는 영역.

- Uplink : 다른 단말에서 BS로 데이터가 전송되는 영역.

- 버스트 : 논리적인 데이터의 집합.

- 노드 : 망을 구성하는 요소. 현재 문서에서는 BS, RS, MS를 통칭.

- 홉 : 노드 사이의 논리적 거리로써 한 노드와 논리적으로 인접한 노드까지의 거리는 1-hop(단일홉)이 된다.

- 단일홉 : BS와 마지막 노드 사이의 거리가 1인 경우.

- 다중홉 : BS와 마지막 노드 사이에 다른 노드가 있어 거리가 2 이상인 경 우.

- MAP : 현재 프레임의 구성에 대한 정보.

레인징은 BS와 MS 사이의 거리에 의해 발생하는 시간, 주파수, 전력 세기의 오차를 보정하는 것으로써, BS의 동기를 기준으로 보정을 실시하게 된다.

레인징은 크게 초기 레인징, 주기적인 레인징, 대역 요구 레인징으로 분류되며, 각 레인징은 CDMA 코드를 이용하는 경쟁 방식을 사용하여 레인징을 시작한다.

초기 레인징은 MS가 BS에 처음 접속할 때 실시하는 레인징이며, 초기 레인징 코드를 사용해 레인징을 시작한다. 도 1은 IEEE 802.16의 초기 레인징 절차를 보여주는 흐름도이다. MS가 BS로 초기 레인징 코드를 송신하면 BS는 그 레인징 코드에 따른 결과와 함께 RNG-RSP 메시지로 응답한다. 이에 따라 MS는 RNG-REQ 메시지를 송신하고 BS는 다시 RNG-RPS 메시지를 송신함으로써 초기 레인징은 종료한다.

도 2는 IEEE 802.16의 주기적 레인징 절차를 보여주는 흐름도이다.

주기적 레인징은 MS의 이동에 따른 오차를 보정하기 위한 것으로 특정 주기마다 실시하는 레인징이다. 즉 MS가 특정 주기 레인징 코드를 주기적으로 BS로 송신하면 BS가 이에 대응하는 RNG-RSP 메시지로 응답한다.

그리고 도 3은 IEEE 802.16의 대역 요구 레인징 절차를 보여주는 흐름도이다. 대역 요구 레인징은 MS가 BS에게 대역을 할당하도록 요청하는 경우에 사용되는 레인징이며, 대역 요구 레인징 코드를 사용한다. MS가 대역 요구 코드를 BS로 송신하면 BS는 MS로 BR(Bandwidth Request)을 송신할 수 있는 대역폭을 할당한다. 이에 따라 MS는 실제 요구하는 대역폭에 대한 정보를 담고 있는 BR헤더를 송신하면 BS는 이에 대응하는 대역폭을 MS에 할당한다.

또한, 기존 표준에 정의된 CDMA 코드의 종류는 256가지이며, BS에서 적절히 구간을 나눠서 각 레인징에 사용하도록 되어 있다.

기존 표준의 레인징은 중계노드인 RS(Relay Station)을 고려하지 않고 설계되었기 때문에 BS와 MS의 거리가 단일홉인 경우에만 사용할 수 있었다. 따라서 기존 표준의 레인징으로는 도 4의 BS(401) - RS2(403) - RS3(404) - MS5(409) 등과 같은 다중홉 환경을 지원할 수 없었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 기존 표준의 레인징을 수정하여 MMR(Mobile Multi-hop Relay)시스템에서 다중 홉 레인징을 위한 코드 셋 생성 방법 및 그 코드를 이용한 레인징 방법을 제공하는데 있다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 MMR(Mobile Multi-hop Relay)시스템에서 다중 홉 레인징을 위한 코드 셋 생성 방법은 기지국, 이동단말, 그리고 상기 기지국과 이동단말을 중계하는 중계국으로 이루어지는 MMR 시스템에서 상기 기지국이 레인징을 지원하는 방법에 있어서, 기지국이 단일홉 레인징을 위한 제1 CDMA 코드 셋(Set)과 멀티홉 레인징을 위한 제2 CDMA 코드 셋(set)을 분리하여 레인징을 위한 CDMA 코드 셋을 형성하는 단계; 및 상기 제2 CDMA 코드 셋에서 적어도 하나 이상의 CDMA 코드를 중계국별로 할당하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 MMR(Mobile Multi-hop Relay)시스템에서 다중 홉 레인징을 위한 코드를 이용한 레인징 방법은 기지국, 이동단말, 그리고 상기 기지국과 이동단말을 중계하는 중계국으로 이루어지는 MMR 시스템에서 레인징을 수행하는 방법에 있어서, 기지국이 단일홉 레인징을 위한 제1 CDMA 코드 셋(Set)과 멀티홉 레인징을 위한 제2 CDMA 코드 셋을 분리하여 레인징을 위한 CDMA 코드 셋을 형성하는 단계; 상기 제2 CDMA 코드 셋에서 적어도 하나 이상의 CDMA 코드를 중계국별로 할당하는 단계; 상기 중계국이 이동단말로부터 수신한 레인징 코드의 수(n)와 상기 할당된 CDMA 코드 셋의 수(m)를 비교하는 단계; 상기 비교 결과 상기 수신한 레인징 코드의 수(n)가 작으면 상기 수신한 레인징 코드의 수(m)와 각 코드에 대한 보정값을 기초로 상기 기지국이 자원을 할당하고 중계국으로부터 상기 보정값을 수신하는 단계; 및 상기 비교 결과 상기 수신한 레인징 코드의 수(n)가 크면 상기 중계국으로 대역 요구 헤더에 필요한 자원을 할당하고 중계국으로부터 상기 보정값을 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 도 4는 본 발명이 적용되는 MMR 시스템의 망 구성을 보여주는 도면이다. 도 5a는 본 발명에 의한 레인징을 위하여 기존의 CDMA 코드 세트의 일부를 다중홉 레인징을 위한 영역으로 분리한 것을 보여주는 도면이고, 도 5b는 본 발명에 의한 레인징을 위하여 새로운 CDMA 코드 세트를 별도로 정의한 것을 보여주는 도면이다. 그리고 도 6은 본 발명에 의한 레인징 방법의 과정을 보여주는 흐름도이며, 도 7은 RS에 수신된 코드의 수가 할당된 코드의 수보다 작은 경우의 초기 레인징의 과정을 보여주는 흐름도이다. 마지막으로 도 8은 RS에 수신된 코드의 수가 할당된 코드의 수 이상인 경우의 초기 레인징의 과정을 보여주는 흐름도이다.

본 발명에서는 단일홉 레인징(도 4의 MS2(405)와 MS4(406)의 경우는 단일홉 레인징을 수행한다)과 다중홉 레인징의 경우 별도로 적용하기 위하여 CDMA 코드 셋(set)을 분리하였으며, 다음 두 가지 방식 중 하나로 코드 셋을 분리할 수 있다(S610 단계).

도 5a는 기존의 CDMA 코드 셋의 일부를 다중홉 레인징을 위한 영역으로 분리하는 방식이다. 이 경우 새로운 CDMA 코드 셋을 정의하지 않아도 된다. 즉 기존의 CDMA 코드 셋에서 단일홉을 위한 초기 레인징 코드(501), 주기적 레인징 코드(502), 대역 요구 레인징 코드(503)을 위한 영역을 할당하고, RS를 통과하는 경우 즉 다중홉의 경우를 대비한 코드 셋 영역(504)을 할당한다.

도 5b는 기존 CDMA 코드 셋(505)과는 별도로 다중홉 레인징을 위한 새로운 CDMA 코드 셋(506)을 정의하는 방식이다. 이 경우 BS와 연관될 수 있는 RS의 최대 수는 새롭게 정의된 CDMA 코드의 수에 비례한다.

도 5a와 도 5b에서와 같이 정의된 CDMA 코드 셋은 각 RS가 BS에 초기 레인징을 시도할 때 할당되어, 각 RS에 분배된다. 코드는 RS별로 연속적으로 할당되며, 할당된 코드의 수는 BS에서 결정하게 된다(S620 단계). 여기에서 코드의 수는 망의 상황에 따라 능동적으로 변화된다. 특정 RS로 할당된 코드가 m개라고 가정했을 때, 다음과 같은 의미를 갖는다.

할당된 코드중에서 첫 번째 코드 : RS가 m개 이상의 MS로부터 레인징 코드를 수신하였음을 BS에게 통보하기 위해 사용된다.

할당된 코드중에서 n번째 코드 : RS가 (n-1)개의 MS로부터 레인징 코드를 수신하였음을 BS에게 통보하기 위해 사용된다. (1 < n ≤m)

RS 자체의 레인징은 기존 표준에서의 MS의 레인징과 동일하다. 단 초기 레인징의 경우, 특정 RS에 할당된 CDMA 코드 영역에 대한 정보가 RNG-RSP 메시지를 통해 BS로부터 그 RS로 전달된다.

다음으로 중계국은 자신이 이동단말로부터 수신한 레인징 코드의 수(n)와 기지국으로부터 할당되어 부여받은 CDMA 코드 셋의 수(m)를 비교하게 된다(S630 단계). 그 비교 결과 수신한 레인징 코드의 수(n)가 작으면 도 7과 같이 수신한 레인징 코드의 수(n)와 각 코드에 대한 보정값을 기초로 상기 기지국이 자원을 할당하고 중계국으로부터 보정값을 수신하게 된다(S640 단계).

그리고 그 비교 결과 수신한 레인징 코드의 수(n)가 크면 도 8과 같이 기지국은 중계국으로 대역 요구 헤더에 필요한 자원을 할당하고 중계국으로부터 보정값을 수신하게 된다(S650 단계).

이제 위의 두 가지 경우를 상세히 설명하도록 한다.

1. RS가 수신한 레인징 코드의 수가 (m-1)보다 작은 n인 경우

레인징 과정은 다음과 같으며, 도 7은 초기 레인징을 도식화한 것이다.

① k번째 프레임에서 RS는 MS들로부터 초기 레인징 코드를 수신한 후(S701 단계)수신한 레인징 코드의 수와 각 코드에 대한 보정 값을 측정한다(S702 단계).

② RS는 (k+1)번째 프레임에 BS로 (n+1)번째 레인징 코드를 전송한다(S703단계).

③ BS는 수신한 코드로 RS를 파악하고, RS가 측정한 보정 값을 전송할 자원을 (k+2)번째 프레임에 할당한다(S704 단계).

④ (k+2)번째 프레임에 자원을 할당받은 RS는 측정한 보정값을 BS로 전송한다(S705 단계).

⑤ BS는 수신한 측정값에 기초하여 RNG-RSP 메시지를 생성하고(S706 단계), RS로 전송하면, RS는 다시 이동단말로 전달한다. 이에 대응하여 MS는 RNG-REQ 메시지를 RS를 통하여 BS로 전송하고, BS는 이에 대응하여 RNG-RSP 메시지를 RS를 통하여 MS로 전송한다(이상 S707 단계).

2. RS가 수신한 레인징 코드의 수가 m 이상인 경우

레인징 과정은 다음과 같으며, 도 8은 초기 레이징을 도식화한 것이다.

① k번째 프레임에서 RS는 MS들로부터 초기 레인징 코드를 수신한 후(S801 단계) 수신한 레인징 코드의 수와 각 코드에 대한 보정 값을 측정한다(S802 단계).

② RS는 (k+1)번째 프레임에 BS로 첫번째 레인징 코드를 전송한다(S803 단계). index=0은 첫 번째 레인징 코드를 의미한다.

③ BS는 수신한 코드로 RS를 파악하고, RS가 대역 요구 헤더를 전송할 자원을 (k+2)번째 프레임에 할당한다(S804 단계).

④ RS의 대역 요구 헤더를 수신(S805 단계)한 BS는 RS가 측정한 보정 값을 전송할 자원을 (k+3)번째 프레임에 할당한다(S806 단계).

⑤ (k+3)번째 프레임에 자원을 할당받은 RS는 측정한 보정값을 BS로 전송한다(S807 단계).

⑥ BS는 수신한 측정값에 기초하여 RNG-RSP 메시지를 생성하고(S808 단계), RS로 전송하면, RS는 다시 이동단말로 전달한다. 이에 대응하여 MS는 RNG-REQ 메시지를 RS를 통하여 BS로 전송하고, BS는 이에 대응하여 RNG-RSP 메시지를 RS를 통하여 MS로 전송한다(이상 S809 단계)

각 코드에 대한 보정 값을 수신한 BS는 수신한 코드의 종류에 따라 다음과 같이 동작한다.

1. 초기 레인징 코드

① BS는 수신한 보정 값을 바탕으로 각 RNG-RSP 메시지를 작성하여 해당 RS로 i번째 프레임에 전송한다.

② RS는 RNG-RSP 메시지를 수신하여 (i+1)번째 프레임에 RNG-RSP 메시지를 해당 MS로 전달한다.

③ RNG-RSP 메시지를 수신한 MS는 레인징 성공여부를 파악한 뒤, 실패인 경우 새로운 코드를 전송하게 되고, ①번 과정부터 다시 수행된다.

④ 성공인 경우 (i+2)번째 프레임에 MS가 RS로 RNG-REQ 메시지를 전송한다.

⑤ (i+3)번째 프레임에 RS가 BS로 RNG-REQ 메시지를 전달한다.

⑥ RNG-REQ 메시지를 수신한 BS는 RNG-RSP 메시지를 작성해서 (i+4)번째 프레임에 RS로 전송한다.

⑦ (i+5)번째 프레임에 RS가 MS로 RNG-RSP 메시지를 전달한다.

2. 주기적 레인징 코드

① BS는 수신한 보정 값을 바탕으로 각 RNG-RSP 메시지를 작성하여 해당 RS로 i번째 프레임에 전송한다.

② RS는 RNG-RSP 메시지를 수신하여 (i+1)번째 프레임에 RNG-RSP 메시지를 해당 MS로 전달한다.

③ RNG-RSP 메시지를 수신한 MS는 레인징 성공여부를 파악한 뒤, 실패인 경우 새로운 코드를 전송하게 되고, ①번 과정부터 다시 수행된다.

3. 대역 요구 레인징 코드

① BS는 수신한 코드에 대해 대역 요구 헤더를 전송할 수 있는 영역을 할당한다.

② 대역 요구 레인징 코드를 전송한 MS는 할당된 영역을 통해 필요한 대역을 요청한다.

본 명세서에서 개시된 MMR(Mobile Multi-hop Relay)시스템에서 다중 홉 레인징을 위한 코드 셋 생성 및 그 코드를 이용한 레인징 방법에서 사용되는 기능은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 MMR(Mobile Multi-hop Relay)시스템에서의 다중 홉 레인징을 위한 코드 셋 생성 및 그 코드를 이용한 레인징 방법에 의하면 기존 표준에 정의된 MS의 레인징 절차에 수정을 가하지 않으면서 다중 홉 레인징을 지원할 수 있다.

Claims (5)

1. 기지국, 이동단말, 그리고 상기 기지국과 이동단말을 중계하는 중계국으로 이루어지는 MMR 시스템에서 레인징을 수행하는 방법에 있어서,

   (a) 기지국이 단일홉 레인징을 위한 제1 CDMA 코드 셋(Set)과 멀티홉 레인징을 위한 제2 CDMA 코드 셋을 분리하여 레인징을 위한 CDMA 코드 셋을 형성하는 단계;

   (b) 상기 제2 CDMA 코드 셋에서 적어도 하나 이상의 CDMA 코드를 중계국별로 할당하는 단계;

   (c) 상기 중계국이 이동단말로부터 수신한 레인징 코드의 수(n)와 상기 할당된 CDMA 코드 셋의 수(m)를 비교하는 단계;

   (d) 상기 비교 결과 상기 수신한 레인징 코드의 수(n)가 작으면 상기 수신한 레인징 코드의 수(n)와 각 레인징 코드에 대한 보정값을 기초로 상기 기지국이 자원을 할당하고 중계국으로부터 상기 보정값을 수신하는 단계; 및

   (e) 상기 비교 결과 상기 수신한 레인징 코드의 수(n)가 크면 상기 중계국으로 대역 요구 헤더에 필요한 자원을 할당하고 중계국으로부터 상기 보정값을 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MMR 시스템에서 레인징을 수행하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 CDMA 코드 셋은

   상기 CDMA 코드 셋의 크기에서 상기 제1 CDMA 코드 셋의 크기를 뺀 개수만큼의 코드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 MMR 시스템에서 레인징을 수행하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 CDMA 코드 셋은

   상기 CDMA 코드 셋과 동일한 개수의 코드를 가지는 코드의 집합인 것을 특징으로 하는 MMR 시스템에서 레인징을 수행하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 (d)단계는

   (d1) 상기 중계국이 임의의 k번째 프레임에서 이동단말로부터 수신하는 상기 레인징 코드의 수와 각 레인징 코드에 대한 보정값을 측정하는 단계;

   (d2) 상기 중계국이 (k+1)번째 프레임에서 상기 기지국으로 (n+1)번째 레인징 코드를 송신하는 단계;

   (d3) 상기 기지국이 상기 수신된 레인징 코드로 상기 중계국을 인지한 후, 상기 중계국이 측정한 보정값을 전송하기 위한 자원을 (k+2)번째 프레임에 할당하는 단계; 및

   (d4) 상기 중계국이 (k+2)번째 프레임에 상기 측정한 보정값을 기지국으로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MMR 시스템에서 레인징을 수행하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계는

   (e1) 상기 중계국이 임의의 k번째 프레임에서 이동단말로부터 수신하는 상기 레인징 코드의 수와 각 레인징 코드에 대한 보정값을 측정하는 단계;

   (e2) 상기 중계국이 (k+1)번째 프레임에서 상기 기지국으로 (n+1)번째 레인징 코드를 송신하는 단계;

   (e3) 상기 기지국이 상기 수신된 레인징 코드로 상기 중계국을 인지하고, 상기 기지국이 대역 요구 헤더를 전송하기 위하여 필요한 자원을 (k+2)번째 프레임에 할당하는 단계;

   (e4) 상기 대역 요구 헤더를 수신한 후, 상기 중계국이 측정한 보정값을 전송하기 위한 자원을 (k+3)번째 프레임에 할당하는 단계; 및

   (e4) 상기 중계국이 (k+3)번째 프레임에 상기 측정한 보정값을 기지국으로 송신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MMR 시스템에서 레인징을 수행하는 방법.

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