KR100891144B1 - 다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크에서 투명 중계하기위한 장치 및 방법 - Google Patents

다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크에서 투명 중계하기위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

다중 홉 릴레이(Multi-hop Relay) 방식의 셀룰러 네트워크(Cellular Network)에서 다수 개의 주파수 대역을 이용하여 투명(Transparent)하게 신호를 중계하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 제 1 주파수 대역을 이용하여 중계링크를 통해 기지국과 통신을 수행하는 과정과, 상기 제 1 주파수 대역과 다른 주파수 대역을 이용하여 상기 중계국의 서브 셀(Sub-cell)에 포함되는 단말들과 통신을 수행하는 과정을 포함하여, 기지국의 서비스 영역 확대 및 단말의 호환성(Backward Compatibility)을 가능하게 하고, 기지국과 중계국 링크에 방향성 안테나를 사용함으로써, 상기 중계 링크의 채널 용량을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
Figure R1020060060776
투명(Transparent) 중계, 셀룰러 네트워크, 프레임 구조, 다수개의 주파수 대역, 방향성 안테나

Description

다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크에서 투명 중계하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TRANSPARENT RELAY IN MULTI-HOP RELAY CELLULAR NETWORK}
도 1은 일반적인 다중 홉 릴레이 방식 셀룰러 네트워크의 구성을 도시하는 도면,
도 2는 일반적인 광대역 무선 접속 통신시스템의 프레임 구조를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 다중 홉 릴레이 셀룰러 네트워크의 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 중계를 위한 프레임 구조를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 투명 중계를 위한 프레임 구조를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 투명 중계를 위한 프레임 구조를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 투명 중계를 위한 프레임 구조를 도시하는 도면,
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 간섭이 발생하는 다중 홉 릴레이 방식 셀룰러 네트워크의 구성을 도시하는 도면,
도 9은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 릴레이 방식 셀룰러 네트워크에서 간섭을 방지하기 위한 송신 타이밍을 도시하는 도면,
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 투명 중계를 수행하며 확장된 다중 홉 릴레이 셀룰러 네트워크의 구성을 도시하는 도면,
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 중계국의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크의 동작 절차를 도시하는 도면,
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 중계국 장치의 송신 방식을 도시하는 도면,
도 14은 본 발명에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면, 및
도 15는 본 발명에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 중계국의 블록 구성을 도시하는 도면.
본 발명은 다중홉 릴레이(Multi-hop Relay) 셀룰러 네트워크(Cellular Network)에 관한 것으로서, 특히 상기 다중홉 릴레이 셀룰러 네트워크에서 복수의 주파수 대역을 이용하여 투명하게 중계서비스를 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
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4세대 이동통신 시스템에서는 고속 통신을 가능하게 하고 더 많은 통화량을 수용하기 위하여 반경이 매우 작은 셀들이 설치된다. 이 경우에는 현재의 무선망 설계 방식을 그대로 사용한 중앙 집중적인 설계가 불가능해질 것이다. 이러한 무선 네트워크는 분산적으로 제어되고 구축되면서도, 새로운 기지국(Base station)의 추가와 같은 환경 변화에 능동적으로 대처할 수 있어야 한다. 상술한 이유로 4세대 이동통신 시스템에서는 자율적 적응형 무선 네트워크의 구성이 요구된다.
상기 4세대 이동통신 시스템에서 요구되는 상기 자율적 적응형 무선 네트워크를 현실적으로 구현하기 위해서는 상기 Ad hoc 네트워크에서 적용된 기술을 이동통신 시스템에 도입해야 한다. 상기의 대표적인 사례가 다중홉 릴레이 (Multi-hop relay) 셀룰러 네트워크로서, 고정 기지국으로 구성된 셀룰러 네트워크에 Ad hoc 네트워크에서 적용된 기술인 다중홉 릴레이 기법을 도입한 것이다. 상기 셀룰러 네트워크에서는 기지국과 단말기(Mobile station) 간에 하나의 직접 링크(direct link)로 통신이 이루어지므로, 상기 단말기와 기지국 간에 신뢰도가 높은 무선 통신링크를 쉽게 구성할 수 있다.
그러나, 기지국의 위치가 고정되어 있으므로 무선망 구성의 유연성(flexibility)이 낮아 트래픽 분포나 통화 요구량의 변화가 심한 무선환경에서 효율적인 서비스를 제공하기 어렵다. 이와 같은 단점을 극복하기 위해 주변의 여러 단말기 또는 고정 중계국(Relay station)들을 이용하여 다중 홉 형태로서 데이터를 전달하는 중계국법을 적용한다. 또한, 상기 다중홉 릴레이 기법은 주변 환경변화에 대해 빠르게 네트워크를 재구성할 수 있으며, 전체 무선망을 보다 효율적으로 운용할 수 있게 된다.
또한, 상기 다중 홉 중계 기법은 상기 기지국과 단말 사이에 중계기을 설치하여 상기 중계기을 통한 다중 홉 중계 경로를 구성함으로써, 채널 상태가 보다 우수한 무선 채널을 상기 단말에 제공할 수 있다. 더욱이 상기 다중 홉 중계 경로를 이용하여 음영 지역과 같이 상기 기지국과 통신을 수행할 수 없는 지역의 단말들에 고속의 데이터 채널을 제공할 수 있어, 셀 영역을 확장시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 다중 홉 릴레이 방식 셀룰러 네트워크의 구성을 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이 기지국(100)의 서비스 영역(101)에 포함되는 단말(110)은 상기 기지국(100)과 직접 링크로 연결된다. 반면에, 상기 기지국의 서비스 영역(101) 밖에 위치하여 채널 상태가 열악한 단말(120)은 중계국(130)을 통해 중계 링크로 연결된다.
즉, 상기 기지국(100)은 상기 단말들(110, 120)이 상기 기지국의 서비스 영역(101)의 외곽에 위치하거나, 건물 등에 의해 차폐현상이 심한 음영지역에 위치하여 채널 상태가 열악할 경우, 상기 중계기(130)를 이용하여 상기 단말들(110, 120)에 더욱 우수한 무선 채널을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 기지국(100)은 상기 다중 홉 릴레이 기법을 적용하여 채널 상태가 열악한 셀 경계지역에서 고속의 데이터 채널을 제공할 수 있으며, 상기 셀 서비스 영역을 확장시킬 수 있다.
다시 말해, 상기 중계국(130)은 상기 기지국(100)으로부터 하향링크 신호를 수신하여 상기 단말 2(120)로 중계한다. 또한, 상기 단말 2(120)로부터 상향링크 신호를 수신하여 상기 기지국(100)으로 중계한다. 따라서, 상기 다중 홉 릴렐이 방식의 셀룰러 네트워크는 상기 기지국(100)과 중계국(130) 사이의 BS-RS 링크, 상기 중계국(130)과 단말2(120) 사이의 RS-MS 링크, 상기 기지국(100)과 단말1(110) 사이의 BS-MS 링크가 형성된다. 이때, 각 링크는 데이터 전송 경로의 종단에 따라 상향링크와 하향링크로 구분된다.
상기 중계국(130)은 상기 기지국(100)의 서비스 영역 밖에 위치하는 단말 2(120)와 상기 기지국(100) 사이에 통신이 수행될 수 있도록 트래픽 전송뿐만 아니라, 초기 접속 등의 제어 정보도 중계해야 한다. 따라서, 상기 중계국(130)은 상기 단말이 다른 추가 기능이 없이 통신을 수행할 수 있도록 중계서비스를 제공해야한다.
만일, 상기 기지국(100)이 하기 도 2에 도시된 바와 같은 프레임 구조를 이용하여 상기 단말 1(110)과 통신을 수행하는 경우, 상기 중계국(130)도 상기 기지국(100)과 동일한 프레임 구조 및 정보를 포함하여 상기 단말 2(120)에 신호를 중계해야 한다.
도 2는 일반적인 광대역 무선 접속 통신시스템의 프레임 구조를 도시하고 있다. 여기서, 상기 도 2는 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802. 16에서 제공되는 시분할 복신(Time Division Duplex) 프레임 구조를 도시하고 있다.
상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 프레임은 시간 자원으로 하향링크 부프레임과 상향링크 부프레임으로 구분되어 구성된다. 여기서, 상기 하향링크 부프레임은 동기 채널, 제어 채널 및 하향링크 버스트로 순차적으로 구성된다. 상기 상향링크 부프레임은 제어 채널과 상향링크 버스트로 순차적으로 구성된다.
상술한 바와 같이 상기 중계 서비스를 제공받는 단말의 입장에서 추가기능 없이 상기 중계국을 이용한 통신을 수행하기 위한 기능이 요구되고 있다. 즉 상기 중계국에서 투명하게 신호를 중계하기 위한 기능이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크에서 신호 를 투명(Transparent)하게 중계하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크에서 중계국은 다수 개의 주파수 대역을 이용하여 투명하게 중계를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선 통신시스템에서 적어도 두 개의 주파수 대역을 이용하여 중계 서비스를 지원하기 위한 부프레임 구성 방법은, 상기 부프레임의 제 1 구간 동안 기지국과 단말 간의 통신을 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임과, 상기 기지국과 동기 채널을 제공하지 않는 제 1 중계국 간의 통신을 수행하기 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임과, 동기 채널을 제공하는 제 2 중계국과 단말 간의 통신을 위한 제 2 주파수 대역의 부프레임을 구성하는 과정과, 상기 부프레임의 제 2 구간 동안 기지국과 제 2 중계국 간의 통신을 수행하기 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임을 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선 통신시스템에서 적어도 두 개의 주파수 대역을 이용하여 중계 서비스를 지원하기 위한 부프레임 구성 방법은, 상기 부프레임의 제 1 구간 동안 기지국과 단말 간의 통신을 위한 부프레임과 기지국과 중계국 간의 통신을 위한 부프레임을 구성하는 과정과, 상기 부프레임의 제 2 구간 동안 기지국과 단말 간의 통신을 수행하기 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임과 중계국과 단말 간의 통신을 수행하기 위한 제 2 주파수 대역의 부프레임을 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 견지에 따르면, 셀룰러 네트워크(Cellular Network)의 중계국에서 중계 서비스를 지원하기 위한 장치는, 주파수 대역별 프레임 구성 방식에 따라 송수신하기 위한 타이밍 신호를 제공하는 타이밍 제어기와, 상기 타이밍 신호에 따라 제 1 주파수 대역의 부프레임을 구성하여 상위 노드로 전송하고, 상기 상위 노드로부터 상기 제 1 주파수 대역의 부프레임을 수신받는 제 1 송수신 장치와, 상기 타이밍 신호에 따라 제 2 주파수 대역의 부프레임을 구성하여 하위 노드로 전송하고, 상기 하위 노드로부터 상기 제 2 주파수 대역의 부프레임을 수신받는 제 2 송수신 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하 본 발명은 다중 홉 릴레이(Multi-hop Relay) 셀룰러 네트워크(Cellular Network)에서 다수 개의 주파수 대역을 이용하여 투명(Transparent)하게 중계 서비스를 제공하기 위한 기술에 대해 설명한다. 다시 말해, 상기 셀룰러 네트워크는 투명 중계 서비스를 제공하기 위해 다수 개의 주파수 대역을 이용하며, 상기 기지국과 중계국 링크와 중계국과 단말 링크가 서로 다른 주파수 대역을 통해 통신이 수행되는 방식에 대해 설명한다. 여기서, 상기 투명 중계 서비스는, 상기 중계 서비스를 제공받는 단말의 입장에서 중계국을 통해 제공받는 서비스를 중계 서비스로 인식하지 못하고, 기지국으로부터 직접 서비스를 제공받는 것으로 인식하여 통신을 수행하도록 하는 것을 의미한다.
이하 설명은, 시분할 복신(Time Division Duplex) 및 직교주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용하는 무선통신시스템을 예를 들어 설명하며, 다른 다중 접속 방식에도 동일하게 적용 가능하다. 또한, 상기 기지국과 단말 사이의 링크를 직접 링크라 칭하고, 상기 기지국과 중계국과의 링크는 중계 링크라 칭하며, 상기 중계국과 단말과의 링크는 서브-셀(Sub-Cell) 링크라 칭한다.
도 3은 본 발명에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 다중 홉 릴레이 셀룰러 네트워크의 구성을 도시하고 있다. 이하 설명은 두 홉 중계 방식에서 두 개의 주파 수 대역을 사용하여 신호를 투명하게 중계하는 것을 가정하여 설명한다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이 기지국(300)의 서비스 영역에 포함되는 단말들(301, 303)은 상기 기지국(300)과 직접 링크로 연결된다. 하지만, 상기 기지국(300)의 서비스 영역 밖에 위치하는 단말들(311, 313)은 중계국(310)을 통한 중계 링크로 상기 기지국(300)과 연결된다.
이때, 상기 기지국(300)은 두 개의 주파수 대역(F1, F2)을 이용하여 상기 단말들(301, 303)과 통신을 수행하고, 상기 F1 주파수 대역을 이용하여 중계국(310)과 통신을 수행한다. 여기서, 상기 기지국(300)은 상기 기지국과 중계국 사이의 링크 제어 채널을 통해 상기 중계국(310)의 동작을 제어한다.
한편, 중계국(310)은 상기 F1 주파수 대역을 통해 상기 기지국(300)으로부터 수신받은 신호들 중 중계가 필요한 신호들만을 선택한다. 이후, 상기 중계국(310)은 상기 선택한 신호들을 F2 주파수 대역을 이용하여 상기 단말들(311, 313)로 중계한다. 여기서, 상기 중계국(310)은 상기 기지국(300)의 제어에 따라 상기 중계가 필요한 신호들을 선택한다.
즉, 상기 중계국(310)은 F1 주파수 대역을 이용하여 상기 기지국(300)과 통신하고, 상기 단말들(311,313)은 F2 주파수 대역을 이용하여 상기 중계국(310)과 통신을 수행한다. 또한 상기 기지국(300)은 F1, F2 주파수 대역을 이용하여 상기 중계국(310) 또는 직접 링크를 갖는 상기 단말들(301,303)과 통신한다.
상술한 바와 같이 상기 기지국은 여러 중계국과 서로 다른 주파수 대역을 이용하여 통신하거나 같은 주파수 대역을 이용하여 통신하면서 다중 접속 방식(Multiple Access)을 고려할 수도 있다. 또한 각 중계국에게 중계 링크를 위해 할당하는 주파수 대역은 주파수 재사용(frequency reuse) 값을 고려하여 같은 주파수 또는 다른 주파수가 할당될 수 있다.
그리고, 상기 셀룰러 네트워크는 중계 링크로 서비스되는 영역과 직접 링크로 서비스되는 영역 사이를 이동하는 단말의 핸드오프가 용이하도록 하기 위해 상기 중계국과 인접한 단말에게 F2주파수 대역을 할당할 수도 있다. 예를 들어, 상기 셀룰러 네트워크는 상기 기지국으로부터 직접 서비스를 받는 직접 링크(기지국(300)과 단말1(301))에 인접해 있는 상기 중계국으로부터 서비스를 받는 서브-셀(Sub-Cell) 링크(중계국(310)-단말 2(311))와 동일한 주파수 대역(F2)을 할당할 수도 있다.
또한, 상기 중계국(310)은 상기 단말들(311, 313)이 상기 중계국(310)을 통해 상기 기지국(300)에 초기 접속(Initial Access)과 같은 네트워크 진입(Network Entry)이 가능하도록, 상기 F2 주파수 대역을 이용하여 상기 단말들(311, 313)의 네트워크 진입 절차를 지원해야 한다. 즉, 상기 중계국(310)은 상기 단말들(311, 313)에게 제어 채널신호와 트래픽 채널(Traffic Channel) 신호를 상기 F2 주파수 대역을 이용하여 중계한다. 또한, 상기 중계국(310)은 상기 F2 주파수 대역을 통해 제공받은 상기 단말들(311, 313)이 초기 접속을 위해 전송하는 랜덤 접속 채널(Random Access Channel) 신호를 상기 기지국(300)으로 중계한다.
따라서, 상기 중계국(310)은 서로 다른 주파수 대역(F1, F2)을 이용하여 두 개의 링크(기지국과 중계국 링크, 중계국과 단말 링크)의 통신을 수행한다.
여기서 F1, F2는 서로 인접한 주파수 대역일 수 있다. 이 경우, 상기 중계국은 인접한 주파수 대역에서의 송수신 신호 분리를 고려해야 한다. 즉, 상기 중계국은 다수의 주파수 대역을 사용하여 제공된 중계 링크와 서브-셀(Sub-Cell) 링크의 부프레임에서의 동작 모드가 다를 수 있으므로 인접한 주파수 대역에서의 송수신 분리 여부 및 하드웨어의 복잡도에 따라서 프레임 구조를 다르게 구성할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명 중계를 위한 하향링크 부프레임 구조를 도시하고 있다. 이하 설명은 도 3에서 사용되는 F1과 F2 주파수 대역을 이용한 하향링크 부프레임의 구조를 예를 들어 설명한다. 여기서, 상기 하향링크 부프레임을 예를 들어 설명하지만, 상향링크 부프레임도 동일한 형태를 갖는다.
상기 도 4를 참조하면 상기 도 4의 (a)는 상기 F1 주파수 대역을 이용한 하향링크 부프레임의 구조를 도시하고, 상기 도 4의 (b)는 상기 F2 주파수 대역을 이용한 하향링크 부프레임의 구조를 도시하고 있다.
먼저 상기 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 F1 주파수 대역의 하향링크 부프레임은 상기 기지국(300)이 상기 단말들(301, 303) 및 중계국(310)으로 신호를 전송하기 위한 하향링크 부프레임으로 구성된다.
다음으로 상기 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 F2 주파수 대역의 하향링크 부프레임은 상기 기지국(300)이 상기 단말들(301, 303)로 하향링크 신호를 전송하기 위한 제 1 하향링크 부프레임과, 상기 중계국(310)이 상기 단말들(311, 313)로 하향링크 신호를 중계하기 위한 제 2 하향링크 부프레임으로 구성된다. 이때, 상기 제 1 하향링크 부프레임과 제 2 하향링크 부프레임은 공간 자원으로 다중화되어 구분된다. 여기서 상기 F2 주파수 대역을 통해 상기 기지국(300)은 단말들(301, 303)과 통신하고, 상기 중계국(310)은 자신의 서브셀 링크를 통해 단말들(311, 313)과 통신한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 중계를 위한 프레임 구조를 도시하고 있다. 이하 설명은 상기 중계국에서 송수신신호를 분리할 수 있어 기지국 프레임과 중계국 프레임이 동기식으로 구성되는 구조를 예를 들어 설명한다.
상기 도 5에 도시된 바와 같이 기지국은 F1 주파수 대역을 이용하여 상기 중계국과 통신하기 위해 상기 F1주파수 대역을 이용하여 기지국 프레임을 구성한다. 이때, 상기 기지국은 F1 주파수 대역과 F2 주파수 대역을 모두 이용하여 직접 링크로 연결된 단말들과 통신하기 위해 상기 F1 주파수 대역과 F2 주파수 대역을 이용하여 기지국 프레임을 구성한다. 여기서, 상기 기지국은 상기 통신 주파수 대역을 중계국별로 같은 또는 다른 주파수 대역을 할당할 수 있다. 이때, 상기 중계국은 주파수 분할 복신(Frequency Division Duplex)과 유사하게 상기 기지국과 통신하는 주파수 대역과 단말과 통신하는 주파수 대역을 서로 다르게 구분하여 통신을 수행한다. 기지국 프레임에서 중계국은 직접 링크를 통해 통신하는 단말 동작과 동일하게 기지국과 통신한다. 만약 중계 링크를 위한 주파수 대역이 독립적으로 할당될 경우에는 새로운 통신 방식이 적용될 수 있다.
상기 중계국은 F2 주파수 대역을 이용하여 서브 셀 영역에 포함된 단말들 또는 하위 중계국과 통신을 수행하기 위해 상기 F2 주파수 대역을 이용하여 중계국 프레임을 구성한다. 즉, 중계국은 기지국과 통신하는 주파수 대역(F1 대역)과 다른 F2 대역을 이용하여 상기 단말 또는 하위 중계국을 위해 중계국 프레임을 구성한다. 여기서 2개 이상의 주파수 대역을 사용하는 경우, 중계국은 중계국 또는 단말에게 하나 이상의 주파수 대역을 이용하여 중계 링크를 위한 프레임을 제공할 수 있다. 그리고 중계 프레임은 종래의 구조와 동일한 구조로 구성될 수 있으며 세부적인 중계 프레임은 해당 시스템에 따라 다르게 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명 중계를 위한 프레임 구조를 도시하고 있다. 이하 설명은 상기 중계국이 격리기술을 사용하지 않아 송수신신호를 분리할 수 없어 상기 기지국 프레임과 중계국 프레임이 비동기식으로 구성하는 것을 예를 들어 설명한다.
상기 도 6에 도시된 바와 같이 상기 기지국은 부프레임을 시간 자원을 이용하여 2개의 시간 슬롯 또는 구간(zone)으로 나눈다. 이때, 상기 부프레임의 구간은 중계국을 지원하기 위한 구간과 지원하지 않는 구간으로 구분한다. 예를 들어, 상기 기지국은 상기 부프레임 내 제 1 영역(601)에서 중계국 또는 단말과 통신하고 제 2 영역(603)에서는 단말과 통신한다. 즉, 상기 기지국은 중계국이 수신한 뒤 송신할 수 있도록 상기 중계국에게 전송하는 버스트를 제 1 영역(601)에 위치시킨다. 그리고 직접 링크를 갖는 단말에게는 제 1 영역(601)과 제 2 영역(603)을 이용하여 통신한다.
만일, 중계국 능력(Capability)에 따라 상기 중계국이 서로 다른 주파수 대역을 통해 동시에 송수신되는 신호를 분리하기 어려운 경우, 상기 중계국은 신호의 송수신을 시간 다중화하기 위해 중계국 프레임을 기지국 프레임에 전송 시점에서 타이밍 옵셋만큼 지연시켜 전송한다. 즉, 상기 중계국은 상기 제 1 영역(601) 이후에 중계국 프레임을 제공한다. 그리고 지연으로 인하여 발생하는 역방향 간섭을 배제하기 위해 기지국 프레임과 중계국 프레임이 역방향으로 중첩되는 구간은 중계국 프레임에서는 데이터를 전송하지 않는다.(도 6의 null부분) 또한, 중계국의 동작 전환을 위한 시간 간격은 제 2 구간에서 고려된다.
상기 중계국 프레임이 기지국 프레임 전송 시점에서 일정한 송신 타이밍 옵셋만큼 지연되어 전송된다. 즉, 단말 관점에서 기지국 프레임과 중계국 프레임은 비동기식으로 제공된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 투명 중계를 위한 프레임 구조를 도시하고 있다. 이하 설명은 상기 중계국이 격리기술을 사용하지 않아 송수신신호를 분리할 수 없지만 상기 기지국 프레임과 중계국 프레임이 동기식으로 구성하는 것을 예를 들어 설명한다.
상기 도 7에 도시된 바와 같이 상기 기지국은 중계국이 송수신 동작을 동시에 수행하는 것을 방지하기 위해 부프레임을 각각 2개의 시간 슬롯 또는 구간(zone)으로 구분하여 프레임을 구성한다. 예를 들어, 상기 기지국은 상기 부프레임 내 제 1 영역(701)에서 단말과 통신하고 제 2 영역(703)에서는 중계국과 통신하도록 기지국 프레임을 구성한다. 이때, 상기 제 1 영역(701)의 앞 단과 제 2 영역(703)의 뒷 단에는 동기 채널이 위치한다. 또한, 미 도시되었지만, 상기 중계국이 동기 채널을 제공하지 않는 경우, 상기 기지국은 상기 제 1 영역(701)에서 상기 동기 채널을 제공하지 않는 중계국과 통신을 수행한다.
상기 기지국 프레임에서 제 2 영역에서 제공되는 부프레임은 각 주파수 대역별로 다를 수 있다. 즉, 다수의 주파수 대역 중 임의의 주파수 대역에서는 상기 기지국이 직접 링크를 갖는 단말과의 통신만이 수행되어 제 2 영역 부프레임이 제공되지 않고 제 1 영역 부프레임만이 제공될 수 있다. 또한, 임의의 주파수 대역에서는 상기 기지국이 중계국과의 통신만이 수행되어 제 1 영역 부프레임이 제공되지 않고, 제 2 영역 부프레임만이 제공될 수 있다.
다음으로 중계국 프레임의 하향링크 부프레임의 제 1 영역은 상기 중계국에서 단말로 신호를 송신하는 구간으로 사용하고, 제 2영역은 상기 중계국이 상기 기지국으로부터 신호를 수신받는 구간으로 사용한다. 또한, 상향링크 부프레임의 제 1 영역은 상기 중계국이 상기 단말로부터 신호를 수신받는 구간으로 사용하고 제 2영역은 상기 중계국이 상기 기지국으로 신호를 송신하는 구간으로 사용한다. 여기서 중계국과 기지국은 같은 타이밍으로 동기화되어 단말과 통신한다.
상기 기지국은 다수의 주파수 대역을 이용하여 각 주파수 대역별 프레임을 제공한다. 이때 하나의 주파수 대역에서는 상기 중계국이 상기 주파수를 이용하여 상기 기지국으로부터 중계 링크를 통해 서비스를 제공받는다. 이때, 상기 기지국은 상기 중계국과 통신하기 위한 기지국 프레임을 상기 중계국이 서브-셀(Sub-Cell) 링크를 통해 단말로 서비스를 제공하는 프레임과 동일한 구조로 구성한다. 또한 다수의 주파수 대역 중 임의의 주파수 대역에서는 직접 링크 단말 또는 중계국과 통신할 수 있다.
상기 중계국 프레임에서 제 2 영역에서 제공되는 부프레임의 제공 여부는 셀룰러 시스템의 지원 가능한 홉수에 따라 결정된다. 즉, 제 2 영역에서 제공되는 부프레임은 3 홉 이상의 다중 홉 시스템을 고려하는 경우에 다음 홉의 중계국과의 통신을 위해 사용된다. 이때, 상기 제 2 영역의 부프레임은 종래 시스템과 동일한 구조 또는 새로운 기능을 포함하는 프레임 구조로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이 시분할 복신 방식의 다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크에서 다수 개의 주파수 대역을 사용하여 투명하게 신호를 중계하는 경우, 상기 도 4에 도시된 바와 같이 동일 주파수 대역을 공간 다중화 형태로 다중화되어 사용되므로 인접 셀 또는 서브 셀의 간섭을 배제하기 위한 시간 동기화가 이루어 져야한다. 만일, 상기 시간 동기화가 이루어지지 않으면, 상기 셀룰러 네트워크에서 하기 도 8에 도시된 바와 같이 직접 링크와 서브 셀 링크 사이에 역방향 링크의 간섭이 발생한다. 여기서 역방향 링크의 간섭은, 상향링크 신호가 인접 셀의 하향링크 신호에 큰 전력 세기로의 간섭을 의미한다.
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 역방향 링크의 간섭이 발생하는 다중 홉 릴레이 방식 셀룰러 네트워크의 구성을 도시하고 있다.
상기 도 8에 도시된 바와 같이 상기 기지국(300)은 F2 주파수 대역을 이용하여 단말 1(301)과 직접링크를 통해 통신을 수행하고, 상기 중계국(310)도 상기 F2 주파수 대역을 이용하여 단말 2(311)와 중계링크를 통해 통신을 수행한다. 이때, 동일한 주파수 대역을 사용하는 상기 기지국과 단말 1 링크의 프레임과 상기 중계국과 단말 2 링크의 프레임의 동기가 맞지 않으면, 각 링크의 신호들이 간섭으로 작용하여 시스템 성능이 크게 열화 된다.
따라서, 상기 다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크에서 중계국은 역방향 링크에 의한 간섭을 배제하기 위해 하기 도 9에 도시된 바와 같이 기지국과 중계국 사이의 전송 지연을 고려하여 타이밍 전진(Timing Advance)을 수행하여 중계하는 방식을 사용한다. 즉, 상기 중계국은 기지국의 전송 지연에 따라 상기 중계국 하향링크 부프레임은 0.5× RTD 만큼 전진시켜 전송한다.
도 9은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 홉 릴레이 방식 셀룰러 네트워크에서 역방향 링크의 간섭을 방지하기 위한 송신 타이밍을 도시하고 있다.
상기 도 9를 참조하면 상기 도 9의 (a)는 F1 주파수 대역에서의 타이밍을 도시하고, 상기 도 9의 (b)는 F2 주파수 대역에서의 타이밍을 도시하고 있다. 또한, 상기 도 9의 (c)와 상기 도 9의 (d)는 잘못된 타이밍 전진으로 인해 발생하는 역방향 링크의 간섭을 나타낸다. 여기서, 하나의 프레임은 하향링크, TTG(Transmit/Receive Transition Gap), 상향링크, RTG(Receive/Transmit Transition Gap)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 기지국이 F1 주파수 대역을 통해 하향링크 부프레임을 전송하면(901), 상기 기지국으로부터 F1 주파수 대역을 통해 통신을 수행하는 단말 혹은 중계국은 전송 지연된 상기 기지국의 하향링크 부프레임을 수신한다(903). 이후, 상기 RTD(Round Trip Delay)를 고려하여 타이밍 전진하여 상기 기지국 상향링크 부프레임을 상기 기지국으로 송신한다(905).
다음으로 상기 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 기지국이 하향링크 부프레임을 전송하면(911), 상기 중계국은 상기 기지국의 전송지연을 고려하여 0.5×RTD 만큼 타이밍 전진하여 상기 중계국 하향링크 부프레임을 단말로 전송한다(913). 여기서, 상기 0.5× RTD 만큼 타이밍 전진을 수행함으로써, 상기 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이 타이밍 전진을 하지 않는 경우, 상기 중계국의 하향링크 부프레임내의 신호가 경험하는 F2 주파수 대역에서 상기 기지국과 직접링크를 갖는 단말의 상향링크 부프레임내의 신호로부터의 큰 크기의 간섭을 방지할 수 있다. 또한, 상기 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이 중계국이 F1 주파수 대역에서의 통신 링크에서와 같이 F2 주파수 대역에서도 송신 신호를 RTD만큼 타이밍 전진하는 경우, 상기 중계국의 상향링크 부프레임내의 신호가 상기 기지국 하향링크 부프레임 신호에 간섭을 발생시킴을 보여주고 있다.
상술한 바와 같이 두 홉으로 구성된 셀룰러 네트워크에서 서로 다른 주파수 대역을 이용하여 중계링크와 서브셀 링크를 설정하는 방법은 상기 두 홉뿐만 아니라 하기 도 10에 도시된 바와 같이 다중 홉으로 확장이 가능하다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 투명 중계를 수행하며 확장된 다중 홉 릴 레이 셀룰러 네트워크의 구성을 도시하고 있다.
상기 도 10에 도시된 바와 같이 기지국(1000)은 서비스 영역에 포함되는 단말들(1001, 1003)과 두 개의 주파수 대역(F1, F2)을 이용하여 통신을 수행한다. 또한, 중계국 1(1010)과는 F1 주파수 대역을 이용하여 통신을 수행한다.
상기 중계국 1(1010)은 상기 F1 주파수 대역을 통해 상기 기지국(1000)과 통신을 수행한다. 또한, 상기 중계국 1(1010)은 투명 중계를 수행하기 위해 상기 F1 주파수 대역과 다른 F2 주파수 대역을 이용하여 상기 중계국(1010)의 서브 셀에 포함되는 단말(1011) 및 중계국 2(1020)와 서브 셀 링크 및 2 홉 중계링크를 형성하여 통신을 수행한다.
상기 중계국 2(1020)는 상기 F2 주파수 대역을 통해 상기 중계국 1(1010)과 중계 링크로 통신을 수행한다. 또한, 상기 중계국 2(1020)는 상기 F1 주파수 대역을 이용하여 상기 중계국 2(1020)의 서브 셀에 포함되는 단말(1021)과 서브셀 링크를 형성하여 통신을 수행한다.
상술한 바와 같아 상기 셀룰러 네트워크에서 각 홉마다 주파수를 교차하여 할당함으로써 다중 홉으로도 확장할 수 있다. 상기 실시 예에서는 최종 말단의 중계국까지 2 홉을 가정하였다. 3 홉으로의 확장을 고려한다면 상기 기지국(1000)이 단일 홉의 중계국로 대치될 수 있고, 상기 중계국(1010)이 2 홉 중계국으로 대치되어 동작한다. 즉, 일반적으로 이전 홉의 중계국과 다음 홉의 중계국 사이의 동작은 상기 도 10의 단일 홉 중계국(1010)과 2 홉 중계국(1020) 사이와 동일하게 동작한다.
이하 설명은 상기 다수 개의 주파수 대역을 사용하여 기지국과 단말의 신호를 투명하게 중계하기 위한 중계국 및 다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크의 동작 절차에 대해 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 중계국의 동작 절차를 도시하고 있다. 이하 설명은 두 개의 주파수 대역을 사용하여 신호를 투명하게 중계하는 것을 가정하여 설명하며, 다수 개의 주파수 대역을 사용하는 것으로 확장 가능하다. 또한, 상기 중계국은 중계링크에 사용되는 F1 주파수 대역과 서브셀 링크에 사용되는 F2 주파수 대역을 동시에 사용한다. 즉, 중계링크와 서브셀 링크는 서로 다른 주파수 대역을 사용한다.
상기 도 11을 참조하면, 상기 중계국은 F1 주파수 대역과 F2 주파수 대역을 병렬로 사용하여 중계 링크 및 서브셀 링크와 동시에 통신을 수행한다. 즉, 상기 중계국은 상기 F1 주파수 대역을 사용하는 중계링크를 통해 기지국으로부터 신호를 수신하고, 상기 F2 주파수 대역을 사용하는 서브셀 링크를 통해 단말로 신호를 송신한다.
먼저, 상기 F1 주파수 대역에서의 상기 중계국 동작 절차에 대해 살펴보면, 상기 중계국은 1101단계에서 상기 기지국으로부터 프리앰블 신호를 수신하여 동기화 정보를 획득한다. 여기서, 상기 중계국은 상기 기지국에 대해 하나의 단말처럼 동작한다.
상기 기지국으로부터 동기화 정보를 획득하면, 상기 중계국은 1103단계로 진행하여 상기 중계를 위한 제어 정보를 획득한다. 즉, 상기 중계국은 FCH(Frame Control Header)와 DL(Down Link) MAP 및 UL(Up Link) MAP 정보를 수신하여 상기 중계국의 서브 셀에 포함되는 단말들로 신호를 중계하기 위한 제어 정보를 획득한다.
상기 중계 제어 정보를 획득한 후, 상기 중계국은 1105단계로 진행하여 상기 중계 제어 정보에 따라 상기 기지국으로부터 상기 서브셀에 포함되는 단말로 중계 를 수행할 트래픽 신호를 수신한다.
이후, 상기 중계국은 1107단계에서 상기 기지국의 하향링크 신호를 수신하는 수신모드에서 송신모드로 제 1 동작 전환을 수행한다. 여기서, 상기 F1 주파수 대역에서 전송 모드가 수신모드에서 송신모드로 전환되는 제 1 동작 전환이 수행되면, 상기 F2 주파수 대역의 전송 모드는 송신모드에서 수신모드로 전환된다.
상기 제 1 동작전환을 수행한 후, 상기 중계국은 1109단계로 진행하여 RTD 만큼 타이밍 전진을 수행하여 상기 이전 타임에 F2 주파수 대역을 통해 단말로부터 수신된 상향링크 신호를 상기 기지국으로 송신한다.
이후, 상기 중계국은 1111단계로 진행하여 상기 송신 모드에서 수신모드로 제 2 동작 전환을 수행한 후, 상기 중계국은 본 알고리즘을 종료하거나 다음 프레임 수신을 위해 상기 1103단계로 되돌아간다.
다음으로 상기 F2주파수 대역에서의 상기 중계국의 동작 절차를 살펴보면, 상기 중계국은 1102단계에서 상기 기지국의 하향링크 부프레임의 송신 타이밍과 동일하게 프리앰블 신호를 상기 서브셀 영역에 전송한다. 즉, 상기 중계국은 상기 기지국의 하향링크 부프레임의 송신 타이밍과 지연시간을 고려하여, 0.5×RTD 만큼 타이밍 전진하여 전송한다.
상기 프리앰블 신호를 전송한 후, 상기 중계국은 1104단계와 1106단계에 걸쳐 공통 제어 정보 및 상기 기지국으로부터 수신된 중계 트래픽을 상기 단말로 전송한다.
이후, 상기 중계국은 1108단계로 진행하여 상기 단말로 하향링크 신호를 송신하는 송신모드에서 수신모드로 제 1 동작 전환을 수행한다. 여기서, 상기 F2 주 파수 대역에서 전송 모드가 송신모드에서 수신모드로 전환되면, 상기 F1 주파수 대역의 전송모드는 수신모드에서 송신모드로 전환된다.
상기 제 1 동작 전환을 수행한 후, 상기 중계국은 1110단계로 진행하여 상기 단말로부터 상향링크 신호를 수신한다. 즉, 상기 기지국으로 중계할 상기 단말의 상향링크 신호를 수신한다.
이후, 상기 중계국은 1112단계로 진행하여 상기 단말로부터 신호를 수신하는 수신모드에서 송신모드로 전환한 후, 상기 중계국은 본 알고리즘을 종료하거나 다음 프레임 수신을 위해 상기 1102단계로 되돌아간다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크의 동작 절차를 도시하고 있다.
상기 도 12를 참조하면, 먼저 기지국(1201)은 F1 주파수 대역을 이용하여 프리앰블 및 제어채널 특성 정보를 중계국(1203)에 전송한다(1211단계).
상기 중계국(1203)은 상기 기지국(1201)으로부터 수신된 프리앰블 및 제어채널 특성 정보를 이용하여 시스템 동기를 획득하고, 하향링크 및 상향링크 제어 채널 특성 정보를 획득한다. 이후, 상기 중계국(1203)은 상기 획득한 제어 채널 특성에 따라 F1 주파수 대역을 이용하여 상기 기지국(1201)으로 접속 절차를 수행한다(1213단계). 여기서, 상기 중계국(1203)은 자신의 중계 능력을 상기 기지국(1201)과의 통신을 통해 협상할 수 있다.
이후, 상기 기지국(1201)은 상기 접속된 중계국(1203)으로 상기 중계국의 서 브셀 영역에 포함되는 단말들에 서비스를 제공하기 위한 서브셀 링크에서 사용할 주파수 대역(F2) 정보를 포함하는 시스템 제어정보를 상기 중계국(1203)으로 전송한다(1215단계).
상기 중계국(1203)은 상기 시스템 제어 정보가 수신되면, 상기 기지국(1201)이 지정한 주파수 대역(F2)을 이용하여 상기 서브셀 영역에 포함되는 단말들을 위해 프리앰블 및 제어채널 특성 정보를 전송(방송)한다(1217단계).
상기 단말(1205)은 상기 중계국(1203)으로부터 수신된 프리앰블 및 제어채널 특성 정보를 이용하여 시스템 동기를 획득하고, 하향링크 및 상향링크 제어 채널 특성 정보를 획득한다. 이후, 상기 단말(1205)은 상기 획득한 제어 채널 특성에 따라 F2 주파수 대역을 이용하여 상기 중계국(1203)으로 접속 절차를 수행한다(1219단계).
상기 중계국(1203)은 상기 단말(1205)로부터 액세스 정보가 수신되면, 상기 단말(1205)의 액세스 정보를 F1 주파수 대역을 이용하여 상기 기지국(1201)으로 중계한다(1221단계).
이후, 상기 기지국(1201)은 F1 주파수 대역을 이용하여 상기 중계국(1203)으로 중계 서비스를 제공받을 단말을 위한 하향링크 제어정보 및 트래픽을 전송한다(1223단계). 여기서, 상기 하향링크 제어정보는 상기 중계국(1203)이 중계가 필요한 신호들만을 선택할 수 있도록 제어하는 제어 정보를 포함한다.
상기 중계국(1203)은 상기 F1 주파수 대역을 통해 상기 기지국(1201)으로부터 수신된 제어정보 및 트래픽을 F2 주파수 대역을 이용하여 상기 단말(1205)로 전 송한다(1225단계).
또한, 상기 단말(1205)이 F2 주파수 대역을 통해 상기 중계국(1203)으로 상향링크 신호를 전송하고(1227단계), 상기 중계국(1203)은 상기 F2 주파수 대역을 통해 수신된 상기 단말(1205)의 상향링크 신호를 F1 주파수 대역을 통해 상기 기지국(1201)으로 전송한다(1229단계).
상술한 바와 같이 중계국을 이용하여 신호를 중계함으로써 기지국의 서비스 영역을 확대할 수 있다. 그러나 상기 신호의 중계는 하향링크의 경우, 상기 중계국은 기지국의 하향링크 신호를 중계링크를 통해 수신한 후, 동일 정보를 재구성하여 서브셀 링크로 서비스하므로 무선 자원 측면에서 자원 효율을 저하시키게 된다. 또한, 상기 중계국은 상기 기지국의 서비스 영역을 확장하기 위해 상기 기지국의 셀 경계에 위치하는 경우, 상기 기지국과 중계국 사이의 중계링크를 통한 채널 용량이 낮아지게 되는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명은 상기 중계링크의 채널 용량을 증대시키면서, 상기 기지국 서비스 영역을 확장하기 위해 하기 도 13에 도시된 바와 같이 상기 중계국은 방향성 안테나를 사용한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 중계국 장치의 송신 방식을 도시하고 있다.
상기 도 13에 도시된 바와 같이 상기 중계국(1310)은 방향성 안테나를 사용하여 상기 기지국(1300)과 통신링크를 설정하여 상기 기지국과 중계국 사이의 중계링크의 채널 용량을 증대시킨다.
또한, 상기 중계국(1310)은 전방향 안테나를 사용하여 서브셀에 포함된 단말(1311)과 통신 링크를 설정하여 상기 기지국 서비스 영역을 확장한다. 즉, 상기 중계국은 기지국과 통신링크를 설정하기 위한 방향성 안테나와 단말과 통신링크를 설정하기 위한 전방향 안테나의 두 개의 RF(Radio Frequency) 단을 갖는다.
도 14는 본 발명에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다. 이하 설명은 두 개의 주파수 대역을 사용하는 것을 예를 들어 설명한다.
상기 도 14에 도시된 바와 같이 상기 기지국은, 두 개의 주파수 대역(F1, F2)을 이용하여 통신을 수행하기 때문에, F1 주파수 대역의 송수신 장치(1401)와 F2 주파수 대역의 송수신 장치(1403) 및 타이밍 제어기(1405)와 대역 통과 필터(Band Pass Filter)(1433, 1463)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 F1 주파수 대역의 송수신 장치(1401)와 상기 F2 주파수 대역의 송수신 장치(1403)는 동일한 구성을 가지므로 상기 F1 주파수 대역의 송수신 장치(1401)만을 예를 들어 설명하며 상기 F2 주파수 대역의 송수신 장치(1403)도 동일한 구조를 갖는다.
대역 통과 필터(1433, 1463)는 서로 다른 주파수 대역을 이용하는 송수신 장치(1401, 1403)의 사용주파수 대역을 분리하여 각 송수신 장치(1401, 1403)에 전송한다.
상기 F1 주파수 대역의 송수신 장치(1401)는, 상기 대역 통과 필터(1433)를 통해 상기 F1 주파수 대역의 신호를 송수신하기 위하여 송신장치(1411), 수신장치(1421) 및 RF스위치(1431)를 포함하여 구성된다.
상기 송신 장치(1411)는 프레임 구성기(1413), 자원 매핑기(1415), 변조기(1417), 및 디지털/아날로그 변환기(Digital/Analog Converter)(1419)를 포함하여 구성된다.
프레임 구성기(1413)는 상위단으로부터 제공받은 데이터들을 목적지에 따라 각각의 부프레임을 생성한다. 예를 들어, 상기 프레임 구성기(1413)는 상기 도 5, 도 6, 도 7과 같은 프레임 구성 방식에 따라 기지국에 포함될 경우, 상기 직접링크로 연결된 단말로 전송할 데이터를 이용하여 BS-MS 부프레임을 구성하고, 상기 중계기로 전송할 데이터를 이용하여 BS-RS 부프레임을 구성한다.
자원 매핑기(1415)는 상기 프레임 구성기(1413)로부터 제공받은 부프레임들을 각 부프레임에 할당된 각 링크의 버스트에 상기 부프레임들을 할당하여 출력한다.
변조기(1417)는 상기 자원 매핑기(1415)로부터 각 링크의 버스트에 할당된 부프레임들을 제공받아 미리 정해진 변조 방식에 따라 변조한다. 디지털/아날로그 변환기(1419)는 상기 변조기(1417)에서 변조된 디지털신호를 아날로그 신호로 변환한 후, 상기 아날로그 신호를 주파수 상향시켜 RF신호로 변환하여 상기 RF스위치(1431)의 제어에 따라 상기 RF신호를 상기 대역 통과 필터(1433)와 안테나(1407)를 통해 단말 혹은 중계국으로 전송한다.
상기 수신 장치(1421)는 아날로그/디지털 변환기(Analog/Digital Converter)(1423), 복조기(1425), 자원 디매핑기(1427) 및 프레임 추출기(1429)를 포함하여 구성된다.
아날로그/디지털 변환기(1423)는 상기 F1 주파수의 수신 대역에 대역 통과 필터(1463)와 RF스위치(1431)를 통해 수신된 신호를 주파수 하향시켜 기저대역 신호로 변환된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
복조기(1425)는 상기 아날로그/디지털 변환기(1423)로부터 제공받은 디지털 신호를 해당 복조 방식에 따라 복조하여 출력한다.
자원 디매핑기(1427)는 상기 복조기(1425)로부터 제공받은 각 링크의 버스트에 할당된 실제 부프레임들을 추출한다.
프레임 추출기(1429)는 상기 자원 디매핑기(1427)로부터 제공되는 부프레임 에서 상기 수신기(1421)에 해당하는 부프레임 추출한다. 예를 들어, 상기 프레임 추출기(1429)는 상기 도 5, 도 6, 도 7과 같은 프레임 구성 방식에 따라 BS-MS 부프레임과 BS-RS 부프레임을 추출한다.
상기 RF스위치(1431)는 타이밍 제어기(1405)의 제어에 따라 상기 프레임의 송신 대역과 수신 대역에 따라 상기 송수신 장치(1411, 1421)와 상기 대역 통과 필터(1433, 1463)를 연결한다.
상기 타이밍 제어기(1405)는 상기 프레임에서 상기 F1 주파수 대역과 F2 주파수 대역의 송수신 타이밍을 제어한다.
도 15는 본 발명에 따른 투명 중계를 수행하기 위한 중계국의 블록 구성을 도시하고 있다. 이하 설명에서 상기 중계국의 송수신 장치를 구성하는 각 모듈은 상기 도 14에 도시된 기지국의 송수신 장치를 구성하는 각 모듈과 동일한 동작을 수행하므로 설명을 생략한다.
상기 도 15에 도시된 바와 같이 상기 중계국은 두 개의 주파수 대역을 이용 할 뿐만 아니라 상기 기지국과 중계국 사이의 중계링크의 채널 용량을 증대시키기 위해 방향성 안테나(1507)와 상기 중계국의 서브셀에 포함되는 단말과의 통신링크를 위한 전방향 안테나(1509)를 구비한다.
상기 중계국은 RF 스위치(1531)의 동작에 따라, 두 개의 안테나와 두 개의 주파수 대역을 교체하며 동작한다. 즉, 수신장치(1521)는 상기 방향성 안테나(1507)를 이용하여 F1 주파수 대역을 통해 상기 기지국의 하향링크 신호를 수신하면, 송신장치(1501)는 전방향 안테나(1509)를 이용하여 F2 주파수 대역을 통해 상기 서브셀에 포함된 단말들로 상기 기지국의 하향링크 신호를 중계한다. 여기서, 상기 기지국의 하향링크 신호는 이전 타임에 수신된 신호를 의미한다.
반대로, 상기 수신장치(1521)가 상기 전방향 안테나(1509)를 이용하여 F2 주파수 대역을 통해 상기 단말들의 상향링크 신호를 수신하면, 상기 송신장치(1501)는 방향성 안테나(1507)를 이용하여 F1 주파수 대역을 통해 상기 기지국으로 상기 단말의 상향링크 신호를 중계한다. 여기서, 상기 단말의 상향링크 신호는 이전 타임에 수신된 신호를 의미한다.
타이밍 제어기(1533)는 상기 서로 다른 주파수 대역을 이용하여 상기 기지국과 단말로 신호를 송수신하기 위한 타이밍 신호를 발생하여 상기 RF 스위치(1531)의 동작을 제어한다. 또한, 상기 F2 주파수 대역을 동일하게 사용하는 발생하는 역방향 링크의 간섭을 방지하기 위해 상기 기지국의 전송 타이밍과 전송지연을 고려하여 0.5×RTD 만큼 타이밍 전진하여 상기 중계국 하향링크 부프레임을 전송하도록 제어한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 다중 홉 릴레이 방식의 셀룰러 네트워크에서 다수 개의 주파수 대역을 이용하여 신호를 투명하게 중계함으로써, 기지국의 서비스 영역 확대 및 단말의 호완성(Backward Compatibility)을 가능하게 하고, 기지국과 중계국 링크에 방향성 안테나를 사용함으로써, 상기 중계 링크의 채널 용량을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (18)

  1. 무선 통신시스템에서 적어도 두 개의 주파수 대역을 이용하여 중계 서비스를 지원하기 위한 부프레임 구성 방법에 있어서,
    상기 부프레임의 제 1 구간 동안 기지국과 단말 간의 통신을 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임과, 상기 기지국과 동기 채널을 제공하지 않는 제 1 중계국 간의 통신을 수행하기 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임과, 동기 채널을 제공하는 제 2 중계국과 단말 간의 통신을 위한 제 2 주파수 대역의 부프레임을 구성하는 과정과,
    상기 부프레임의 제 2 구간 동안 기지국과 제 2 중계국 간의 통신을 수행하기 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임을 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 대역과 제 2 주파수 대역은, 인접하거나 분산된 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구간에 포함되는 상기 제 1 주파수 대역의 부프레임과 제 2 주파수 대역의 부프레임의 앞 단에 동기 채널이 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 구간에 포함되는 상기 제 1 주파수 대역 부프레임의 뒷 단에 동기 채널이 위치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 구간에서 상기 기지국과 단말 간 통신을 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임과 상기 제 2 중계국과 단말 간 통신을 위한 제 2 주파수 대역의 부프레임은, 동일한 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 구간 동안 상기 기지국과 단말 간 통신을 위한 제 2 주파수 대역의 부프레임을 구성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 무선 통신시스템에서 적어도 두 개의 주파수 대역을 이용하여 중계 서비스를 지원하기 위한 부프레임 구성 방법에 있어서,
    상기 부프레임의 제 1 구간 동안, 기지국과 단말 간 통신을 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임 또는 제 2 주파수 대역의 부프레임을 구성하고, 상기 기지국과 중계국 간 통신을 위한 제 2 주파수 대역의 부프레임을 구성하는 과정과,
    상기 부프레임의 제 2 구간 동안 기지국과 단말 간의 통신을 수행하기 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임과 중계국과 단말 간의 통신을 수행하기 위한 제 2 주파수 대역의 부프레임을 구성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 주파수 대역과 제 2 주파수 대역은, 인접하거나 분산된 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 기지국과 단말 간 통신을 위한 제 1 주파수 대역의 부프레임과 상기 중계국과 단말 간 통신을 위한 제 2 주파수 대역의 부프레임은, 동일한 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 셀룰러 네트워크(Cellular Network)의 중계국에서 중계 서비스를 지원하기 위한 장치에 있어서,
    주파수 대역별 프레임 구성 방식에 따라 송수신하기 위한 타이밍 신호를 제공하는 타이밍 제어기와,
    상기 타이밍 신호에 따라 기지국과 단말 간 통신을 위한 제 1 주파수 대역과 다른 제 2 주파수 대역을 이용하여 부프레임의 제 1 구간 동안 하위 노드와 통신을 수행하는 제 1 송수신 장치와,
    상기 타이밍 신호에 따라 상기 제 1 주파수 대역을 이용하여 부프레임의 제 2 구간 동안 상위 노드와 통신을 수행하는 제 2 송수신 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 상위 노드는, 기지국 또는 상위 중계국을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 하위 노드는, 상기 중계국의 서비스 영역에 포함되는 단말 또는 하위 중계국을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 송수신 장치와 제 2 송수신 장치는,
    상기 타이밍 신호에 따라 해당 주파수 대역을 이용하여 부프레임을 구성하여 전송하는 송신장치와,
    상기 타이밍 신호에 따라 해당 주파수 대역을 이용하여 부프레임을 수신받는 수신장치와,
    상기 상위 노드 또는 하위 노드로부터 신호를 수신받아 상기 수신 장치로 제공하고, 상기 송신 장치에서 전송한 신호를 상기 상위 노드 또는 하위 노드로 전송하는 안테나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 셀룰러 네트워크(Cellular Network)의 중계국에서 중계 서비스를 지원하기 위한 장치에 있어서,
    주파수 대역별 프레임 구성 방식에 따라 송수신하기 위한 타이밍 신호를 제공하는 타이밍 제어기와,
    상기 타이밍 신호에 따라 기지국과 단말 간 통신을 위한 제 1 주파수 대역과 동일한 주파수 대역을 이용하여 부프레임의 제 1 구간 동안 상위 노드와 통신을 수행하는 제 1 송수신 장치와,
    상기 타이밍 신호에 따라 제 2 주파수 대역을 이용하여 부프레임의 제 2 구간 동안 하위 노드와 통신을 수행하는 제 2 송수신 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 상위 노드는, 기지국 또는 상위 중계국을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 하위 노드는, 상기 중계국의 서비스 영역에 포함되는 단말 또는 하위 중계국을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 송수신 장치와 제 2 송수신 장치는,
    상기 타이밍 신호에 따라 해당 주파수 대역을 이용하여 부프레임을 구성하여 전송하는 송신장치와,
    상기 타이밍 신호에 따라 해당 주파수 대역을 이용하여 부프레임을 수신받는 수신장치와,
    상기 상위 노드 또는 하위 노드로부터 신호를 수신받아 상기 수신 장치로 제공하고, 상기 송신 장치에서 전송한 신호를 상기 상위 노드 또는 하위 노드로 전송하는 안테나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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