KR100949291B1 - 중계 방식의 무선통신 시스템에서 버퍼링을 고려한 자원할당 장치 및 방법 - Google Patents

중계 방식의 무선통신 시스템에서 버퍼링을 고려한 자원할당 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중계 방식의 무선통신 시스템에 관한 것으로, 중계국은, 적어도 하나의 단말에게 송신할 패킷을 저장하는 버퍼와, 상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있는 적어도 하나의 단말에게 자원을 할당하는 스케줄러와, 상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 정보를 포함하는 메시지를 생성하는 생성부와, 상기 메시지를 기지국에게 송신하고, 자원을 할당받은 적어도 하나의 단말에게 상기 버퍼에 저장된 패킷을 송신하는 통신부를 포함하여, 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 버퍼링 상태를 고려하여 자원을 할당함으로써, 효과적인 중계 통신을 수행할 수 있다.
중계국(Relay Station), 자원 할당(Resource Allcation), 버퍼링(Buffering)

Description

중계 방식의 무선통신 시스템에서 버퍼링을 고려한 자원 할당 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR RESOURCE ALLOCATION CONSIDERING BUFFERING IN REALY WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 중계 방식의 무선통신 시스템에 관한 것으로, 특히 중계 방식의 무선통신 시스템에서 버퍼링을 고려하여 자원을 할당하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation, 이하 '4G'라 칭함) 통신 시스템에서는 약 100Mbps의 전송 속도를 이용하여 다양한 서비스 품질(Quality of Service, 이하 QoS 칭함)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 현재 4G 통신 시스템에서는 무선 근거리 통신 네트워크 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크 시스템과 같은 광대역 무선 접속(BWA : Broadband Wireless Access) 통신 시스템에 이동성과 QoS을 보장하는 형태로 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 그 대표적인 통 신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신 시스템이다.
상기 IEEE 802.16 통신 시스템은 상기 무선통신 시스템의 물리 채널(Physical Channel)에 광대역(Broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 상기 직교 주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함)/직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭함) 방식을 적용한 통신 시스템이다. 상기 IEEE 802.16 통신 시스템에서 단말의 이동성 및 무선망 구성의 유연성을 확보하고, 트래픽 분포나 통화 요구량 변화가 심한 무선 환경에서 더욱 효율적인 서비스를 제공하기 위한 연구가 활발히 진행 중이다. 그 중 하나의 방법으로 중계국(Relay Station)을 이용한 다중 홉(Multi Hop) 형태의 통신 시스템이 고려되고 있다.
상기 광대역 무선통신 시스템에서 상기 중계국을 사용함으로써 기지국의 커버리지(Coverage) 증대, 전송률(Throughput) 개선 등의 효과가 발생한다. 즉, 열악한 채널 환경을 가지는 특정 지역에 중계국을 위치시켜 전송률을 향상시킬 수 있다. 또한, 셀 경계 부근에 중계국을 위치시켜 기지국의 커버리지 밖에 있는 단말과 기지국이 통신할 수 있도록 서비스할 수 있다. 하지만, 상기 중계국을 사용하는 중계 방식의 광대역 무선통신 시스템에서, 상기 중계국을 적극 활용하기 위한 상세한 자원 할당 방안이 결정된 바가 없다. 그리고, 현재 제안되어 있는 상기 중계국을 위한 자원 할당 방안은 대부분 중계국과 단말 간의 채널 상태를 고려하고 있다. 상기 중계국을 사용하여 실질적인 채널 효용성의 이득을 얻기 위해서는 상기 채널 상 태 뿐만 아니라 중계국의 큐잉(Queueing) 상태, 즉, 버퍼링 상태를 고려한 자원 할당이 이루어져야 한다. 다시 말해, 상기 중계 방식의 무선통신 시스템을 위해 중계국의 버퍼링 상태 및 단말과 중계국 간의 채널 상태를 모두 고려한 자원 할당 기법이 제안되어야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 버퍼링 상태에 따라 자원을 할당하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국과 단말 간의 채널 상태에 따라 중계국이 통신하는 송신 구간 비율 조절을 조절하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국 장치는, 적어도 하나의 단말에게 송신할 패킷을 저장하는 버퍼와, 상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있는 적어도 하나의 단말에게 자원을 할당하는 스케줄러와, 상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 정보를 포함하는 메시지를 생성하는 생성부와, 상기 메시지를 기지국에게 송신하고, 자원을 할당받은 적어도 하나의 단말에게 상기 버퍼에 저장된 패킷을 송신하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국 장치는, 중계국으로부터 수신되는 중계국의 버퍼 상태를 나타내는 메시지를 확인하는 확인부와, 상기 메시지에 따라 중계국으로 송신할 적어도 하나의 패킷을 선택한 후, 중계국과의 채널 상태보다 우수한 채널 상태를 갖 는 직접 링크 단말이 존재하지 않은 적어도 하나의 부채널(Subchannel)을 중계국과의 통신을 위한 자원으로 결정하고, 상기 중계국과의 통신을 위한 자원을 선택된 적어도 하나의 패킷의 송신을 위해 할당하는 스케줄러와, 상기 중계국으로 상기 적어도 하나의 패킷을 송신하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 동작 방법은, 패킷이 버퍼링되어 있는 적어도 하나의 단말에게 자원을 할당하는 과정과, 패킷이 버퍼링되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 정보를 포함하는 메시지를 생성 및 송신하는 과정과, 자원을 할당받은 적어도 하나의 단말에게 상기 버퍼링된 패킷을 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 4 견지에 따르면, 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 방법은, 중계국으로부터 중계국의 버퍼 상태를 나타내는 메시지를 수신하는 과정과, 중계국과의 채널 상태보다 우수한 채널 상태를 갖는 직접 링크 단말이 존재하지 않은 적어도 하나의 부채널을 중계국과의 통신을 위한 자원으로 결정하는 과정과, 상기 메시지에 따라 중계국으로 송신할 적어도 하나의 패킷을 선택하고, 상기 중계국과의 통신을 위한 자원을 선택된 적어도 하나의 패킷의 송신을 위해 할당하는 과정과, 상기 중계국으로 상기 적어도 하나의 패킷을 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 버퍼링 상태를 고려하여 자원을 할당함으로써, 효과적인 중계 통신을 수행할 수 있다. 또한, 상기 중계국과 단말 간의 채널 상태를 고려하여 중계 통신의 송신 구간의 비율을 조절함으로써, 시스템 전체 전송률을 증가시킬 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 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 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 버퍼링 상태에 따라 자원을 할당하기 위한 기술에 대해 설명한다. 본 발명은 직교 주파수 반할 다중화(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭함) 방식의 무선통신 시스템을 예로 들어 설명하며, 중계 방식의 무선통신 시스템이라면 동일하게 적용될 수 있다.
먼저 본 발명이 제안하는 중계국의 버퍼링 상태를 고려한 자원 할당 방식에 대해 도면을 참조하여 간략히 설명한다.
도 1은 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국, 중계국 및 단말의 통신을 개략적으로 도시하고 있다. 설명의 편의를 위해, 상기 도 1은 하나의 기지국과 하나의 중계국이 존재하는 경우를 도시하고 있다.
상기 도 1에 도시된 바와 같이, 단말A(130-1) 및 단말B(130-2)는 기지국(110)과 직접 링크를 통해 통신을 수행하고, 단말C(130-3), 단말D(130-4), 단말E(130-5)는 상기 기지국(110)과 중계국(120)에 의한 중계 링크를 통해 통신을 수행한다.
이때, 하향링크 프레임에 대한 자원 할당 시작 시점에서, 상기 기지국(110) 및 중계국(120)의 버퍼링 상태는 상기 도 1에 도시된 바와 같다고 가정한다. 상기 도 1에서, 빗금친 사각형은 버퍼링된 패킷을 의미한다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 중계국(120)은 상기 단말C(130-3)로의 송신 패킷, 상기 단말E(130-5)로의 송신 패킷을 버퍼링하고 있으나, 단말D(130-4)로의 송신 패킷은 버퍼링하고 있지 않다. 그리고, 상기 기지국(110)은 상기 단말B(130-2)로의 송신 패킷, 상기 단말C(130-3)로의 송신 패킷, 상기 단말D(130-4)로의 송신 패킷, 상기 단말E(130-5)로의 송신 패킷을 버퍼링하고 있으나, 상기 단말A(130-1)로의 송신 패킷은 버퍼링하고 있지 않다.
우선, 상기 중계국(120)은 자신에게 속한 단말들 중 송신 패킷이 버퍼링된 상기 단말C(130-3) 및 상기 단말E(130-5)에게 자원을 할당한다. 그리고, 상기 단말D(130-4)의 패킷이 버퍼링되어 있지 않으므로, 상기 중계국(120)은 상기 기지국(110)에게 상기 단말D(130-4)의 패킷을 송신해 줄 것을 요청한다. 이를 위해, 상기 중계국(120)은 자신의 버퍼 상태를 나타내는 메시지를 생성하고, 상기 메시지를 상기 기지국(110)으로 송신한다. 여기서, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지의 구성은 구체적인 실시 예에 따라 달라진다. 이에 따라, 상기 기지국(110)은 상기 중계국(120)으로부터 요청된 단말D(130-4)의 패킷만을 상기 중계국(120)으로 송신하게 된다.
그리고, 상기 기지국(110)은 상기 중계국(120) 및 직접 링크 단말들(130-1, 130-2)에게 자원을 할당한다. 이를 위해, 상기 기지국(110)은 부채널(subchannel)별로 채널 상태가 가장 좋은, 예를 들어, 수신 신호 세기 값(RSS : Received Signal Strenth) 또는 신호대 간섭 및 잡음비(SINR : Signal to Interference and Noise Ratio)가 가장 높은 직접 링크 단말들에게 각 부채널을 임시로 할당한다. 이때, 패킷이 버퍼링되지 않은 단말A(130-1)은 자원 할당 대상에서 제외된다. 이후, 상기 기지국(110)은 각 부채널을 임시 할당받은 단말들 중 상기 중계국(120)과 상기 기지국(110) 간 채널보다 열악한 채널을 갖는 단말을 확인하고, 확인된 단말에게 임시 할당된 부채널들을 상기 중계국(120)과의 통신을 위한 자원으로 결정한다. 일반적으로, 상기 중계국(120)은 상기 기지국(110)과 가시선(LOS : Line Of Sight) 환경에 위치하기 때문에, 모든 부채널에서 상기 기지국(110)과 상기 중계국(120)의 채널 상태는 우수하다. 따라서, 상기 기지국(110)은 상기 중계국(120)과의 채널 상태보다 열악한 채널 상태의 직접 링크 단말에게 임시 할당된 부채널을 기지국-중계국 링크로 결정한다. 그리고, 상기 기지국(110)은 상기 중계국(120)의 버퍼 상태를 나타내는 메시지에 따라 상기 중계국(120)으로 송신할 패킷들을 선택한다. 이때 만일, 상기 기지국-중계국 링크로 결정된 부채널들이 선택된 패킷들을 모두 송신하기 에 부족한 경우, 상기 기지국(110)은 요청된 패킷들 중 일부를 재선택하고, 재선택된 일부 패킷들의 송신을 위해 자원을 할당한다. 반면, 상기 확인된 부채널들이 요청된 패킷들을 송신하기에 여유가 있는 경우, 상기 기지국(110)은 선택된 패킷들의 송신을 위해 자원을 할당하고, 나머지 자원을 직접 링크 단말에게 할당한다.
하향링크 프레임에서 상기 기지국(110)이 패킷을 송신하는 구간과 상기 중계국(120)이 패킷을 송신하는 구간은 시간적으로 구분된다. 본 발명의 구체적인 실시 예에 따라, 상기 기지국(110) 및 상기 중계국(120)은 하향링크 프레임을 시간적으로 이등분하여 고정적으로 사용할 수도 있고, 또는, 상기 중계국(120)과 중계 링크 단말들(130-3, 130-4, 130-5) 간의 채널 상태에 따라 송신 구간 비율 조절을 조절하며 사용할 수도 있다. 상기 송신 구간 비율 조절이 조절되는 경우, 상기 기지국(110)이 상기 송신 구간의 비율을 조절하는 방식은 다음과 같다.
먼저, 상기 송신 구간의 비율을 조절하기 위해, 상기 기지국(110)은 도 2에 도시된 바와 같은 세 가지 경우에 대한 프레임 전송률(τ)을 산출 및 비교한다. 다시 말해, 상기 기지국(110)은 상기 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 현재 송신 구간 비율에 따르는 경우의 프레임 전송률(이하 'τk'라 칭함), 상기 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 기지국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯만큼 증가시킨 경우의 프레임 전송률(이하 'τa'라 칭함), 상기 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 중계국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯만큼 증가시킨 경우의 프레임 전송률(이하 'τb'라 칭함)을 계산하여 비교한다. 상기 비교 결과, 상기 τk가 가장 크면, 상기 현재 설정이 최종 송신 구간 비율로 결정된다. 반면, 상기 τa 또는 상기 τb가 가장 크면, 큰 값에 대응되는 경우로 송신 구간 비율이 조절된다. 이후, 상기 기지국(110)은 세 가지 경우들에 대한 프레임 전송률을 산출 및 비교하는 과정을 반복 수행함으로써, 송신 구간 비율을 최적화시킨다. 여기서, 상기 송신 구간 비율 조절 시작 시점에서, 초기 설정은 송신 구간을 이등분한 상황(case)인 것이 바람직하다. 상기 송신 구간이 이등분되어 있는 경우의 프레임 전송률(τT/2)은 하기 <수학식 1>과 같이 산출된다.
Figure 112008013273862-pat00001
상기 <수학식 1>에서, 상기 τT/2는 송신 구간이 이등분되어 있는 경우의 프레임 전송률, 상기 τBS - MS는 기지국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 τRS - MS는 중계국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 T는 하향링크 전체 프레임 시간을 나타낸다.
상기 <수학식 1>에서 각 링크에 대한 프레임 전송률은 하기 <수학식 2>과 같이 산출된다.
Figure 112008013273862-pat00002
Figure 112008013273862-pat00003
*상기 <수학식 2>에서, 상기 τL은 임의의 링크L에 대한 프레임 전송률, 상기 k는 링크L 내의 단말 인덱스, 상기 N은 부채널 수, 상기 n은 부채널 인덱스, 상기 cL k ,n은 단말k가 링크L에서 부채널n을 사용하는 경우 1로 설정되고 나머지 경우는 0인 지시자, 상기 uL k ,n는 채널 효용성을 나타내는 지표, 상기 rL k ,n는 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k의 전송률, 상기 BERL k ,n는 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k의 비트 에러율을 나타낸다. 여기서, 상기 비트 에러율(BERL k ,n)은 채널 상태를 이용하여 예측된다.
또한, 상기 <수학식 2>에서 상기 uL k ,n는 하기 <수학식 3>과 같이 산출된다.
Figure 112008013273862-pat00004
상기 <수학식 3>에서 상기 rL k ,n는 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k의 전송률, 상기 TL k ,n/Tslot은 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k에게 할당된 시간 슬롯, 상기 qk는 버퍼링된 단말k의 패킷 수를 나타낸다.
그리고, 상기 τa 및 상기 τb는 하기 <수학식 4>와 같이 산출된다.
Figure 112008013273862-pat00005
Figure 112008013273862-pat00006
상기 <수학식 4>에서 상기 τBS - MS는 기지국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 τRS- MS는 중계국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 T는 하향링크 전체 프레임 시간, 상기 Tslot은 하나의 슬롯 시간을 나타낸다.
이하 본 발명은 상술한 방식에 따라 자원을 할당하며 통신을 수행하는 기지국 및 중계국의 구성 및 동작 절차에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 블록 구 성을 도시하고 있다.
상기 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 중계국은 RF(Radio Frequency) 수신기(301), 아날로그 디지털 변환기(Analog to Digital Converter, 이하 'ADC'라 칭함)(303), OFDM 복조기(305), 신호 추출기(307), 복조 및 복호기(309), 피드백 메시지 확인기(311), 패킷 버퍼(313), 스케줄러(315), 피드백 메시지 생성기(317), 부호 및 변조기(319), 부반송파 매핑기(321), OFDM 변조기(323), 디지털 아날로그 변환기(Digital to Analog Converter, 이하 'DAC'라 칭함)(325) 및 RF 송신기(327)를 포함하여 구성된다.
상기 RF 수신기(301)는 안테나를 통해 수신되는 RF신호를 기저대역 아날로그 신호로 변환한다. 상기 ADC(303)는 상기 RF 수신기(301)로부터 제공되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 OFDM 복조기(305)는 FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 상기 ADC(303)로부터 제공되는 시간 영역 OFDM 심벌을 주파수 영역 신호로 변환한다. 상기 신호 추출기(307)는 상기 OFDM 복조기(305)로부터 제공되는 주파수 영역에 신호들 중 수신 신호를 추출한다. 여기서, 상기 수신 신호는 기지국으로부터 수신되는 데이터 패킷 및 제어 신호, 단말로부터 피드백되는 제어 신호 등을 포함하는 의미이다. 상기 복조 및 복호기(309)는 상기 신호 추출기(307)로부터 제공되는 신호를 해당 방식으로 복조 및 복호하여 비트열로 변환한다.
상기 피드백 메시지 확인기(311)는 단말로부터 피드백된 메시지를 통해 각 단말의 부채널 별 채널 상태 정보(CSI : Channel State Information)(예 : 신호대 간섭 및 잡음비)를 확인한다. 상기 패킷 버퍼(313)는 기지국으로부터 수신된 단말로의 송신 패킷들을 저장하고, 스케줄링 결과에 따라 해당 송신 패킷들을 출력한다.
상기 스케줄러(315)는 하향링크 프레임 중 중계국-단말 링크 구간에 대한 스케줄링을 수행한다. 다시 말해, 상기 스케줄러(315)는 중계국을 통해 통신을 수행하는 단말들에게 자원을 할당한다. 특히, 본 발명에 따라, 상기 스케줄러(315)는 상기 패킷 버퍼(313)에 송신 패킷이 저장되어 있는 단말들만을 대상으로, 채널 상태가 우수한 단말들에게 우선적으로 자원을 할당한다.
상기 피드백 메시지 생성기(317)는 상기 패킷 버퍼(313)의 상태를 나타내는 메시지를 생성한다. 예를 들어, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 채널 상태는 우수하나 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 다시 말해, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 채널 상태의 우선순위에 따라 상기 스케줄러(315)에 의해 자원을 할당받을 수 있었으나, 송신 패킷이 버퍼링되지 않아 자원을 할당받지 못한 단말들의 식별 정보를 포함한다. 또는, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 채널 상태와 무관하게 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 그리고, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 단말들의 식별 정보에 더불어 식별 정보에 대응되는 각 단말의 채널 상태 정보를 추가적으로 포함할 수 있다. 또한, 하향링크 프레임에서 기지국 송신 구간 및 중계국 송신 구간이 조절되는 경우, 상기 피드백 메시지 생성기(317)는 자원을 할당받은 단말들과의 부채널별 채널 상태 정보를 포함하는 메시지를 생성한다. 여기서, 상기 버퍼 상태를 나 타내는 메시지 및 자원을 할당받은 단말들과의 부채널별 채널 상태 정보를 포함하는 메시지는 하나의 메시지로 통합될 수 있다.
상기 부호 및 변조기(319)는 제공되는 비트열을 해당 방식으로 부호화 및 변조하여 복소 심벌로 변환한다. 상기 부반송파 매핑기(321)는 상기 부호 및 변조기(319)로부터 제공되는 신호들을 해당 부반송파에 매핑한다. 상기 OFDM 변조기(323)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 상기 부반송파 매핑기(321)로부터 제공되는 신호들을 OFDM 심벌로 변환한다. 상기 DAC(325)는 상기 OFDM 변조기(323)로부터 제공되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 RF 송신기(327)는 상기 DAC(325)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다.
도 4는 본 발명에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기지국은 RF 수신기(401), ADC(403), OFDM 복조기(405), 피드백 신호 추출기(407), 복조 및 복호기(409), 피드백 메시지 확인기(411), 스케줄러(413), 패킷 버퍼(415), 부호 및 변조기(417), 부반송파 매핑기(419), OFDM 변조기(421), DAC(423) 및 RF 송신기(425)를 포함하여 구성된다.
상기 RF 수신기(401)는 안테나를 통해 수신되는 RF신호를 기저대역 아날로그 신호로 변환한다. 상기 ADC(403)는 상기 RF 수신기(401)로부터 제공되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 상기 OFDM 복조기(405)는 FFT(Fast Fourier Transform) 연산을 통해 상기 ADC(403)로부터 제공되는 시간 영역 OFDM 심벌을 주파수 영역 신호로 변환한다. 상기 피드백 신호 추출기(407)는 상기 OFDM 복조기(405)로부터 제공되는 주파수 영역에 신호들 중 중계국 및 단말로부터 수신되는 피드백 신호를 추출한다. 여기서, 상기 피드백 신호는 중계국으로부터 피드백되는 패킷 송신 요청 메시지, 부채널별 채널 상태 정보, 단말로부터 피드백되는 부채널별 채널 상태 정보 등을 포함하는 의미이다. 상기 복조 및 복호기(409)는 상기 피드백 신호 추출기(407)로부터 제공되는 신호를 해당 방식으로 복조 및 복호하여 비트열로 변환한다.
상기 피드백 메시지 확인기(411)는 상기 중계국 및 상기 단말로부터 피드백된 메시지에 포함된 각 단말의 부채널 별 채널 상태 정보(예 : 신호대 간섭 및 잡음비)를 확인한다. 여기서, 상기 단말로부터 피드백된 메시지는 단말과 기지국 간의 채널 상태 정보를 포함하고, 상기 중계국으로부터 피드백된 메시지는 단말과 중계국 간의 채널 상태 정보를 포함한다. 또한, 상기 피드백 메시지 확인기(411)는 상기 중계국으로부터 피드백된 메시지를 통해 중계국의 버퍼 상태를 확인하고, 버퍼 상태에 따라 어떤 단말의 송신 패킷을 송신할지 선택한다. 예를 들어, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 채널 상태는 우수하나 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 다시 말해, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 채널 상태의 우선순위에 따라 중계국에 의해 자원을 할당받을 수 있었으나, 송신 패킷이 버퍼링되지 않아 자원을 할당받지 못한 단말들의 식별 정보를 포함한다. 또는, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 채널 상태와 무관하게 송신 패킷이 버퍼 링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 그리고, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 단말들의 식별 정보에 더불어 식별 정보에 대응되는 각 단말의 채널 상태 정보를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 스케줄러(413)는 하향링크 프레임 중 기지국-단말 링크 및 기지국-중계국 링크에 대한 스케줄링을 수행한다. 다시 말해, 상기 스케줄러(413)는 기지국과 직접 링크로 통신을 수행하는 단말들 및 중계국들에게 자원을 할당한다. 특히, 본 발명에 따라, 상기 스케줄러(413)는 각 부채널에서 가장 우수한 채널 상태를 갖는 단말을 확인한다, 이후, 상기 스케줄러(413)는 각 부채널에서 확인된 단말의 채널 상태와 중계국의 채널 상태를 비교하고, 중계국의 채널 상태가 상대적으로 우수한 부채널을 기지국-중계국 링크에 사용될 자원으로 결정한다.
만일, 상기 기지국-중계국 링크에 사용될 자원으로 결정된 자원량이 상기 중계국에 의해 요청된 패킷들을 모두 송신하기에 부족한 경우, 상기 스케줄러(413)는 선택된 패킷들 중 일부를 재선택하고, 재선택된 일부 패킷들의 송신을 위해 자원을 할당한다. 예를 들어, 상기 스케줄러는 선택된 패킷들 중 일부를 임의로 재선택한다. 또는, 송신 패킷 재선택에 대한 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 스케줄러(413)는 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지에 포함된 중계국과 각 단말 간의 채널 상태 정보를 참조함으로써, 우수한 채널 상태를 갖는 단말의 패킷을 우선적으로 재선택한다. 반면, 상기 기지국-중계국 링크에 사용할 자원으로 결정된 자원량이 상기 중계국에 의해 요청된 패킷들을 모두 송신하기에 충분한 경우, 상기 스케줄러(413)는 요청된 패킷들의 송신을 위해 자원을 할당한 후, 잔여 자원을 직접 링크 단말들에게 할당한다.
하향링크 프레임에서 기지국 송신 구간 및 중계국 송신 구간이 조절되는 경우, 상기 스케줄러(413)는 중계국으로부터 피드백된 각 단말의 부채널별 채널 상태 정보를 이용하여 각 단말의 비트 에러율(BERL k ,n)을 예측하고, 기지국 송신 구간 및 중계국 송신 구간의 비율을 조절한다. 상기 스케줄러(413)는 상기 기지국 송신 구간 및 상기 중계국 송신 구간을 동일 시간길이로 초기화한 후, 상기 두 송신 구간이 동일한 상황의 프레임 전송률(τk), 상기 기지국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯만큼 증가시킨 상황의 프레임 전송률(τa) 및 상기 중계국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯만큼 증가시킨 상황의 프레임 전송률(τb)을 비교한다. 그리고, 상기 스케줄러(413)는 상기 비교 결과 가장 전송률이 높은 상황으로 송신 구간의 비율을 조절하고, 세 가지 상황들의 전송률을 비교하는 과정을 반복 수행함으로써 송신 구간 비율을 최적화시킨다. 즉, 반복 수행 중 가장 높은 프레임 전송률에 대응되는 상황이 조절 전 상황과 동일하면, 상기 스케줄러(413)는 송신 구간 조절이 최적화되었다고 판단한다. 여기서, 각 상황의 프레임 전송률은 상기 <수학식 1> 및 상기 <수학식 4>와 같이 산출된다.
상기 패킷 버퍼(415)는 중계국 및 단말들로 송신할 패킷들을 저장하고, 스케줄링 결과에 따라 해당 송신 패킷을 출력한다. 상기 부호 및 변조기(417)는 제공되는 비트열을 해당 방식으로 부호화 및 변조하여 복소 심벌로 변환한다. 상기 부반 송파 매핑기(419)는 상기 부호 및 변조기(417)로부터 제공되는 신호들을 해당 부반송파에 매핑한다. 상기 OFDM 변조기(421)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 통해 상기 부반송파 매핑기(419)로부터 제공되는 신호들을 OFDM 심벌로 변환한다. 상기 DAC(423)는 상기 OFDM 변조기(421)로부터 제공되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 RF 송신기(425)는 상기 DAC(423)로부터 제공되는 기저대역 신호를 RF 대역 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 자원 할당 절차를 도시하고 있다. 상기 도 5는 하향링크 프레임에서 기지국 송신 구간 및 중계국 송신 구간이 고정되어 있는 경우에 대한 실시 예를 도시하고 있다. 또한, 상기 도 5에 도시된 절차는 하나의 하향링크 프레임 동안의 동작 절차이다.
상기 도 5를 참조하면, 상기 중계국은 501단계에서 송신 패킷이 버퍼링되어 있는 단말들에게 자원을 할당한다. 이때, 상기 자원은 채널 상태가 우수한 단말들에게 우선적으로 할당된다.
이후, 상기 중계국은 503단계로 진행하여 버퍼 상태를 나타내는 메시지를 생성 및 송신한다. 예를 들어, 상기 메시지는 채널 상태는 우수하나 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 다시 말해, 상기 메시지는 채널 상태의 우선순위에 따라 상기 501단계에서 자원을 할당받을 수 있었으나, 송신 패킷이 버퍼링되지 않아 자원을 할당받지 못한 단말들의 식별 정보를 포함한다. 또는, 상기 메시지는 채널 상태와 무관하게 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 이때, 상기 메시지는 단말들의 식별 정보에 더불어 식별 정보에 대응되는 각 단말의 채널 상태 정보를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지를 송신한 후, 상기 중계국은 505단계로 진행하여 하향링크 프레임 구간 동안 기지국-중계국 링크를 위한 자원을 통해 기지국으로부터 패킷들을 수신한다. 이때, 수신되는 패킷들은 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지에 식별 정보가 포함된 단말들로의 송신 패킷들 모두이거나 또는 일부일 수 있다.
상기 기지국으로부터 패킷들을 수신한 후, 상기 중계국은 507단계로 진행하여 나머지 하향링크 프레임 구간에 단말로 패킷들을 송신한다. 이때, 송신되는 패킷들은 상기 501단계에서 스케줄링된 패킷들이다. 그리고, 상기 505단계에서 수신된 송신 패킷들은 다음 프레임에서 스케줄링 및 송신된다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 자원 할당 절차를 도시하고 있다. 상기 도 6은 하향링크 프레임에서 기지국 송신 구간 및 중계국 송신 구간이 고정되어 있는 경우에 대한 실시 예를 도시하고 있다. 또한, 상기 도 6에 도시된 절차는 하나의 하향링크 프레임 동안의 동작 절차이다.
상기 도 6을 참조하면, 상기 기지국은 601단계에서 중계국으로부터 버퍼 상태를 나타내는 메시지가 수신되는지 확인한다. 예를 들어, 상기 메시지는 채널 상 태는 우수하나 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 다시 말해, 상기 메시지는 채널 상태의 우선순위에 따라 자원을 할당받을 수 있었으나, 송신 패킷이 버퍼링되지 않아 자원을 할당받지 못한 단말들의 식별 정보를 포함한다. 또는, 상기 메시지는 채널 상태와 무관하게 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 이때, 상기 메시지는 단말들의 식별 정보에 더불어 식별 정보에 대응되는 각 단말의 채널 상태 정보를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지가 수신되면, 상기 기지국은 603단계로 진행하여 기지국 통신에 사용되는 송신 구간의 부채널별 가장 우수한 직접 링크 채널 상태를 갖는 단말들에게 각 부채널을 임시 할당한다. 즉, 상기 기지국은 기지국-중계국 링크를 고려하지 않고 모든 기지국 송신 구간의 자원을 직접 링크 단말들에게 임시 할당한다.
이후, 상기 기지국은 605단계로 진행하여 상기 부채널별 상기 직접 링크 단말과의 채널 상태와 중계국과의 채널 상태를 비교하고, 비교 결과에 따라 기지국-중계국 링크로 사용할 자원을 결정한다. 즉, 상기 기지국은 상기 중계국과의 채널 상태보다 열악한 채널 상태를 갖는 직접 링크 단말에게 임시 할당된 부채널을 기지국-중계국 링크를 위한 자원으로 결정한다. 그리고, 상기 기지국-중계국 링크로 사용될 자원 외의 부채널은 상기 603단계에서 임시 할당된 결과대로 사용된다.
상기 기지국-중계국 링크로 사용할 자원을 결정한 후, 상기 기지국은 607단계로 진행하여 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지에 따라 중계국으로 송신할 패킷들을 선택한다. 즉, 상기 기지국은 상기 메시지에 식별 정보가 포함된 단말들의 패 킷들을 선택한다.
상기 패킷들을 선택한 후, 상기 기지국은 609단계로 진행하여 선택된 패킷들을 송신하는데 소요될 자원량을 계산한다. 다시 말해, 상기 기지국은 상기 선택된 패킷들 모두를 송신하는데 소요될 자원량을 계산한다.
이어, 상기 기지국은 611단계로 진행하여 상기 계산된 소요될 자원량과 사용 가능한 자원량을 비교한다. 여기서, 상기 사용 가능한 자원량은 상기 605단계에서 기지국-중계국 링크를 위한 자원으로 결정된 자원량이다.
만일, 상기 소요되는 자원량이 사용 가능한 자원량보다 작거나 같으면, 상기 기지국은 613단계로 진행하여 잔여 자원량, 즉, 상기 사용 가능 자원량과 소요될 자원량의 차이만큼의 자원을 기지국-단말 링크에 할당한다.
상기 잔여 자원을 기지국-단말 링크에 할당한 후, 상기 기지국은 615단계로 진행하여 나머지 자원을 기지국-중계국 링크에 할당한다.
반면, 상기 611단계에서, 상기 소요되는 자원량이 사용 가능한 자원량보다 크면, 상기 기지국은 617단계로 진행하여 상기 선택된 패킷들 중 일부를 재선택하고, 사용 가능한 자원을 기지국-중계국 링크에 할당한다. 즉, 상기 기지국은 선택된 일부 패킷들의 송신을 위해 사용 가능한 자원을 할당한다. 예를 들어, 상기 기지국은 상기 선택된 패킷들 중 일부를 임의로 재선택한다. 또는, 송신 패킷 재선택에 대한 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 기지국은 상기 601단계에서 수신된 메시지에 포함된 중계국과 각 단말 간의 채널 상태 정보를 참조함으로써, 우수한 채널 상태를 갖는 단말의 패킷을 우선적으로 재선택한다.
이후, 상기 기지국은 619단계로 진행하여 자원 할당 결과에 따라 단말 및 중계국으로 패킷을 송신한다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 자원 할당 절차를 도시하고 있다. 상기 도 7은 하향링크 프레임에서 기지국 송신 구간 및 중계국 송신 구간이 조절되는 경우에 대한 실시 예를 도시하고 있다. 또한, 상기 도 7에 도시된 절차는 하나의 하향링크 프레임 동안의 동작 절차이다.
상기 도 7을 참조하면, 상기 중계국은 701단계에서 송신 패킷이 버퍼링되어 있는 단말들에게 자원을 할당한다. 이때, 상기 자원은 채널 상태가 우수한 단말들에게 우선적으로 할당된다.
이후, 상기 중계국은 703단계로 진행하여 버퍼 상태를 나타내는 메시지를 생성 및 송신한다. 예를 들어, 상기 메시지는 채널 상태는 우수하나 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 다시 말해, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 채널 상태의 우선순위에 따라 상기 501단계에서 자원을 할당받을 수 있었으나, 송신 패킷이 버퍼링되지 않아 자원을 할당받지 못한 단말들의 식별 정보를 포함한다. 또는, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 채널 상태와 무관하게 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 이때, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 단말들의 식별 정보에 더불어 식별 정보에 대응되는 각 단말의 채널 상태 정보를 추가적으로 포함할 수 있다.
상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지를 송신한 후, 상기 중계국은 705단계로 진행하여 상기 701단계에서 자원을 할당받은 각 단말과 중계국 간의 부채널별 채널 상태 정보를 포함하는 메시지를 생성 및 송신한다. 여기서, 상기 703단계에서 생성된 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지 및 상기 705단계에서 생성된 자원을 할당받은 각 단말과 중계국 간의 부채널별 채널 상태 정보를 포함하는 메시지는 하나의 메시지로 통합될 수 있다.
이어, 상기 중계국은 707단계로 진행하여 하향링크 프레임 구간 동안 기지국-중계국 링크를 위한 자원을 통해 기지국으로부터 패킷들을 수신한다. 이때, 수신되는 패킷들은 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지에 식별 정보가 포함된 단말들로의 송신 패킷들 모두이거나 또는 일부일 수 있다.
상기 기지국으로부터 패킷들을 수신한 후, 상기 중계국은 709단계로 진행하여 나머지 하향링크 프레임 구간에 단말로 패킷들을 송신한다. 이때, 송신되는 패킷들은 상기 701단계에서 스케줄링된 패킷들이다. 그리고, 상기 707단계에서 수신된 송신 패킷들은 다음 프레임에서 스케줄링 및 송신된다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 자원 할당 절차를 도시하고 있다. 상기 도 8는 하향링크 프레임에서 기지국 송신 구간 및 중계국 송신 구간이 조절되는 경우에 대한 실시 예를 도시하고 있다. 또한, 상기 도 8에 도시된 절차는 하나의 하향링크 프레임 동안의 동작 절차이다.
상기 도 8을 참조하면, 상기 기지국은 801단계에서 버퍼 상태를 나타내는 메시지 및 자원을 할당받은 각 단말과 중계국 간의 부채널별 채널 상태 정보를 포함 하는 메시지는 하나의 메시지가 수신되는지 확인한다. 여기서, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지는 상기 송신 패킷이 버퍼링되지 않은 단말들의 식별 정보를 포함한다. 만일, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지가 아무런 식별 정보를 포함하지 않는 경우, 상기 기지국은 송신 요청 패킷이 없는 것이라고 판단한다. 이때, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지에 중계국과 상기 요청된 패킷에 대응되는 각 단말의 채널 상태 정보가 포함될 수 있다. 여기서, 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지 및 상기 자원을 할당받은 각 단말과 중계국 간의 부채널별 채널 상태 정보를 포함하는 메시지는 하나의 메시지로 통합될 수 있다.
상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지 및 상기 자원을 할당받은 각 단말과 중계국 간의 부채널별 채널 상태 정보를 포함하는 메시지가 수신되면, 상기 기지국은 803단계로 진행하여 상기 각 단말과 중계국 간의 부채널별 채널 상태 정보를 이용하여 각 단말의 비트 에러율(BERL k ,n)을 예측하고, 기지국 송신 구간 및 중계국 송신 구간의 비율을 조절한다. 상기 기지국은 상기 기지국 송신 구간 및 상기 중계국 송신 구간을 동일한 시간 길이로 초기화한 후, 상기 두 송신 구간들이 동일한 상황의 프레임 전송률(τk), 상기 기지국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯만큼 증가시킨 상황의 프레임 전송률(τa) 및 상기 중계국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯만큼 증가시킨 상황의 프레임 전송률(τb)을 비교한다. 그리고, 상기 기지국은 상기 비교 결과 가장 전송률이 높은 상황으로 송신 구간의 비율을 조절하고, 세 가지 상황에 대한 전 송률을 비교하는 과정을 반복 수행함으로써 송신 구간 비율을 최적화시킨다. 즉, 반복 수행 중 가장 높은 프레임 전송률에 대응되는 상황이 조절 전 상황과 동일하면, 상기 기지국은 송신 구간 비율 조절이 최적화되었다고 판단한다. 예를 들어, 상기 프레임 전송률은 상기 <수학식 1> 및 상기 <수학식 4>와 같이 산출된다.
상기 송신 구간의 비율을 조절한 후, 상기 기지국은 805단계로 진행하여 기지국 송신 구간에서 부채널별 가장 우수한 직접 링크 채널 상태를 갖는 단말들에게 각 부채널을 임시 할당한다. 즉, 상기 기지국은 기지국-중계국 링크를 고려하지 않고 모든 자원을 직접 링크 단말들에게 임시 할당한다.
이후, 상기 기지국은 807단계로 진행하여 상기 부채널별 상기 직접 링크 단말과의 채널 상태와 중계국과의 채널 상태를 비교하고, 비교 결과를 이용하여 기지국-중계국 링크로 사용할 자원을 결정한다. 즉, 상기 기지국은 상기 중계국과의 채널 상태보다 열악한 채널 상태를 갖는 직접 링크 단말에게 임시 할당된 부채널을 기지국-중계국 링크를 위한 자원으로 결정한다. 그리고, 상기 기지국-중계국 링크로 사용될 자원 외의 부채널은 상기 805단계에서 임시 할당된 결과대로 사용된다.
상기 기지국-중계국 링크로 사용할 자원을 결정한 후, 상기 기지국은 809단계로 진행하여 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지에 따라 중계국으로 송신할 패킷들을 선택한다. 즉, 상기 기지국은 상기 버퍼 상태를 나타내는 메시지에 식별 정보가 포함된 단말들의 패킷들을 선택한다.
상기 패킷들을 선택한 후, 상기 기지국은 811단계로 진행하여 선택된 패킷들을 송신하는데 소요될 자원량을 계산한다. 다시 말해, 상기 기지국은 상기 선택된 패킷들 모두를 송신하는데 소요될 자원량을 계산한다.
이어, 상기 기지국은 813단계로 진행하여 상기 계산된 소요될 자원량과 사용 가능한 자원량을 비교한다. 여기서, 상기 사용 가능한 자원량은 상기 807단계에서 기지국-중계국 링크를 위한 자원으로 결정된 자원량이다.
만일, 상기 소요되는 자원량이 사용 가능한 자원량보다 작거나 같으면, 상기 기지국은 815단계로 진행하여 잔여 자원량, 즉, 상기 사용 가능 자원량과 소요될 자원량의 차이만큼의 자원을 기지국-단말 링크에 할당한다.
상기 잔여 자원을 기지국-단말 링크에 할당한 후, 상기 기지국은 817단계로 진행하여 나머지 자원을 기지국-중계국 링크에 할당한다.
반면, 상기 813단계에서, 상기 소요되는 자원량이 사용 가능한 자원량보다 크면, 상기 기지국은 819단계로 진행하여 상기 선택된 패킷들 중 일부를 재선택하고, 사용 가능한 자원을 기지국-중계국 링크에 할당한다. 즉, 상기 기지국은 선택된 일부 패킷들의 송신을 위해 사용 가능한 자원을 할당한다. 예를 들어, 상기 기지국은 상기 선택된 패킷들 중 일부를 임의로 재선택한다. 또는, 송신 패킷 재선택에 대한 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 상기 기지국은 상기 601단계에서 수신된 메시지에 포함된 중계국과 각 단말 간의 채널 상태 정보를 참조함으로써, 우수한 채널 상태를 갖는 단말의 패킷을 우선적으로 재선택한다.
이후, 상기 기지국은 821단계로 진행하여 자원 할당 결과에 따라 단말 및 중계국으로 패킷을 송신한다.
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.
도 1은 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국, 중계국 및 단말의 통신을 개략적으로 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 하향링크 프레임의 송신 구간 비율 조절을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 자원 할당 절차를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 자원 할당 절차를 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 자원 할당 절차를 도시하는 도면, 및
도 8은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 자원 할당 절차를 도시하는 도면.

Claims (38)

  1. 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국 장치에 있어서,
    적어도 하나의 단말에게 송신할 패킷을 저장하는 버퍼와,
    상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있는 적어도 하나의 단말에게 자원을 할당하는 스케줄러와,
    상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 정보를 포함하는 메시지를 생성하는 생성부와,
    상기 메시지를 기지국에게 송신하고, 자원을 할당받은 적어도 하나의 단말에게 상기 버퍼에 저장된 패킷을 송신하는 통신부와,
    중계 방식으로 통신을 수행하는 적어도 하나의 단말로부터 피드백되는 부채널(Subchannel)별 채널 상태 정보를 확인하는 확인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있는 적어도 하나의 단말에게 채널 상태의 우선순위에 따라 자원을 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 생성부는, 채널 상태가 우수하지만 상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않아 자원을 할당받지 못한 적어도 하나의 단말에 대한 정보를 포함하는 메시지를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 메시지는, 상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 식별 정보 또는 상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 채널 상태 정보(CSI : Channel State Information)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 생성부는, 상기 자원을 할당받은 적어도 하나의 단말에 대한 부채널별 채널 상태 정보를 포함하는 메시지를 생성하고,
    상기 통신부는, 상기 메시지를 상기 기지국으로 송신하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국 장치에 있어서,
    중계국으로부터 수신되는 중계국의 버퍼 상태를 나타내는 메시지를 확인하는 확인부와,
    상기 메시지에 따라 중계국으로 송신할 적어도 하나의 패킷을 선택한 후, 중계국과의 채널 상태보다 우수한 채널 상태를 갖는 직접 링크 단말이 존재하지 않은 적어도 하나의 부채널(Subchannel)을 중계국과의 통신을 위한 자원으로 결정하고, 상기 중계국과의 통신을 위한 자원을 선택된 적어도 하나의 패킷의 송신을 위해 할당하는 스케줄러와,
    상기 중계국으로 상기 적어도 하나의 패킷을 송신하는 통신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 메시지는, 중계국의 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 식별 정보 또는 상기 중계국의 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 채널 상태 정보(CSI : Channel State Information)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 선택된 적어도 하나의 패킷 송신에 소요될 자원량을 계산한 후, 상기 중계국과의 통신을 위한 자원량이 상기 소요될 자원량보다 작으면, 상기 선택된 적어도 하나의 패킷 중 일부를 임의로 재선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 선택된 적어도 하나의 패킷 송신에 소요될 자원량을 계산한 후, 상기 중계국과의 통신을 위한 자원량이 상기 소요될 자원량보다 작으면, 상기 선택된 적어도 하나의 패킷 중 일부를 채널 상태의 우선순위에 따라 재선택하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 선택된 적어도 하나의 패킷 송신에 소요될 자원량을 계산한 후, 상기 중계국과의 통신을 위한 자원량이 상기 소요될 자원량보다 크면, 상기 중계국과의 통신을 위한 자원량과 상기 소요될 자원량의 차이만큼의 자원을 상기 직접 링크 단말에게 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 확인부는, 중계국으로부터 피드백되는 각 단말의 부채널별 채널 상태 정보를 확인하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 각 단말의 부채널별 채널 상태 정보를 이용하여 하향링크 프레임 내에서 기지국 송신 구간과 중계국 송신 구간의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 기지국 송신 구간 및 상기 중계국 송신 구간의 시간 길이를 동일하게 초기화하고, 상기 초기화 상태인 제 1 상황(Case), 기지국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯 길이만큼 증가시킨 제 2 상황, 중계국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯 길이만큼 증가시킨 제 3 상황에 대해 각각의 프레임 전송률을 산출한 후, 가장 높은 프레임 전송률에 대응되는 상황으로 송신 구간을 조절하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 가장 높은 프레임 전송률에 대응되는 상황이 상기 제 1 상황이면, 송신 구간 조절이 최적화되었다고 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 가장 높은 프레임 전송률에 대응되는 상황이 상기 제 2 상황 또는 상기 제 3 상황이면, 상기 송신 구간을 조절한 후, 송신 구간 조절을 반복하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 제 1 상황의 프레임 전송률을 하기 수식과 같이 산출하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112010003009838-pat00007
    ,
    단,
    Figure 112010003009838-pat00008
    Figure 112010003009838-pat00009
    ,
    또한,
    Figure 112010003009838-pat00010
    여기서, 상기 τBS-MS는 기지국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 τRS-MS는 중계국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 T는 하향링크 전체 프레임 시간, 상기 τL은 임의의 링크L에 대한 프레임 전송률, 상기 k는 링크L 내의 단말 인덱스, 상기 N은 부채널 수, 상기 n은 부채널 인덱스, 상기 cL k,n은 단말k가 링크L에서 부채널n을 사용하는 경우 1로 설정되고 나머지 경우는 0인 지시자, 상기 uL k,n는 채널 효용성을 나타내는 지표, 상기 rL k,n는 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k의 전송률, 상기 BERL k,n는 채널 상태 정보를 토대로 예측되는 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k의 비트 에러율, 상기 TL k,n/Tslot은 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k에게 할당된 시간 슬롯, 상기 qk는 버퍼링된 단말k의 패킷 수를 나타냄.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 제 2 상황의 프레임 전송률을 하기 수식과 같이 산출하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112008013273862-pat00011
    여기서, 상기 τBS - MS는 기지국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 τRS - MS는 중계국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 T는 하향링크 전체 프레임 시간, 상기 Tslot은 하나의 슬롯 시간을 나타냄.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 스케줄러는, 상기 제 3 상황의 프레임 전송률을 하기 수식과 같이 산출 하는 것을 특징으로 하는 장치,
    Figure 112008013273862-pat00012
    여기서, 상기 τBS - MS는 기지국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 τRS - MS는 중계국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 T는 하향링크 전체 프레임 시간, 상기 Tslot은 하나의 슬롯 시간을 나타냄.
  20. 중계 방식의 무선통신 시스템에서 중계국의 동작 방법에 있어서,
    패킷이 버퍼링되어 있는 적어도 하나의 단말에게 자원을 할당하는 과정과,
    패킷이 버퍼링되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 정보를 포함하는 메시지를 생성 및 송신하는 과정과,
    자원을 할당받은 적어도 하나의 단말에게 상기 버퍼링된 패킷을 송신하는 과정과,
    중계 방식으로 통신을 수행하는 적어도 하나의 단말로부터 부채널(Subchannel)별 채널 상태 정보를 피드백받는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 자원을 할당하는 과정은,
    상기 패킷이 버퍼랑되어 있는 적어도 하나의 단말에게 채널 상태의 우선순위 에 따라 자원을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 20항에 있어서,
    상기 메시지는, 채널 상태가 우수하지만 상기 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않아 자원을 할당받지 못한 적어도 하나의 단말에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 20항에 있어서,
    상기 메시지는, 상기 패킷이 버퍼링되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 식별 정보 또는 상기 패킷이 버퍼링되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 채널 상태 정보(CSI : Channel State Information)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 삭제
  25. 제 20항에 있어서,
    상기 자원을 할당받은 적어도 하나의 단말에 대한 부채널별 채널 상태 정보를 포함하는 메시지를 생성 및 송신하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 중계 방식의 무선통신 시스템에서 기지국의 동작 방법에 있어서,
    중계국으로부터 중계국의 버퍼 상태를 나타내는 메시지를 수신하는 과정과,
    중계국과의 채널 상태보다 우수한 채널 상태를 갖는 직접 링크 단말이 존재하지 않은 적어도 하나의 부채널(Subchannel)을 중계국과의 통신을 위한 자원으로 결정하는 과정과,
    상기 메시지에 따라 중계국으로 송신할 적어도 하나의 패킷을 선택하고, 상기 중계국과의 통신을 위한 자원을 선택된 적어도 하나의 패킷의 송신을 위해 할당하는 과정과,
    상기 중계국으로 상기 적어도 하나의 패킷을 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 메시지는, 중계국의 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 식별 정보 또는 상기 중계국의 버퍼에 패킷이 저장되어 있지 않은 적어도 하나의 단말의 채널 상태 정보(CSI : Channel State Information)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 중계국과의 통신을 위한 자원을 선택된 적어도 하나의 패킷의 송신을 위해 할당하는 과정은,
    상기 선택된 적어도 하나의 패킷 송신에 소요될 자원량을 계산하는 과정과,
    상기 중계국과의 통신을 위한 자원량이 상기 소요될 자원량보다 작으면, 상기 선택된 적어도 하나의 패킷 중 일부를 임의로 재선택하는 과정과,
    재선택된 패킷의 송신을 위해 자원을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 27항에 있어서,
    상기 중계국과의 통신을 위한 자원을 선택된 적어도 하나의 패킷의 송신을 위해 할당하는 과정은,
    상기 선택된 적어도 하나의 패킷 송신에 소요될 자원량을 계산하는 과정과,
    상기 중계국과의 통신을 위한 자원량이 상기 소요될 자원량보다 작으면, 상기 선택된 적어도 하나의 패킷 중 일부를 채널 상태의 우선순위에 따라 재선택하는 과정과,
    재선택된 패킷의 송신을 위해 자원을 할당하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 26항에 있어서,
    상기 선택된 적어도 하나의 패킷 송신에 소요될 자원량을 계산하는 과정과,
    상기 중계국과의 통신을 위한 자원량이 상기 소요될 자원량보다 크면, 상기 중계국과의 통신을 위한 자원량과 상기 소요될 자원량의 차이만큼의 자원을 상기 직접 링크 단말에게 할당하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 26항에 있어서,
    중계국으로부터 각 단말의 부채널별 채널 상태 정보를 피드백받는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 각 단말의 부채널별 채널 상태 정보를 이용하여 하향링크 프레임 내에서 기지국 송신 구간과 중계국 송신 구간의 비율을 조절하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 송신 구간의 비율을 조절하는 과정은,
    상기 기지국 송신 구간 및 상기 중계국 송신 구간의 시간 길이를 동일하게 초기화하는 과정과,
    상기 초기화 상태인 제 1 상황(Case), 기지국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯 길이만큼 증가시킨 제 2 상황, 중계국 송신 구간을 하나의 시간 슬롯 길이만큼 증가시킨 제 3 상황에 대해 각각의 프레임 전송률을 산출하는 과정과,
    가장 높은 프레임 전송률에 대응되는 상황으로 송신 구간을 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 가장 높은 프레임 전송률에 대응되는 상황이 상기 제 1 상황이면, 송신 구간 조절이 최적화되었다고 판단하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제 33항에 있어서,
    상기 가장 높은 프레임 전송률에 대응되는 상황이 상기 제 2 상황 또는 상기 제 3 상황이면, 상기 송신 구간을 조절한 후, 송신 구간 조절을 반복하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제 33항에 있어서,
    상기 제 1 상황의 프레임 전송률은, 하기 수식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112010003009838-pat00013
    ,
    단,
    Figure 112010003009838-pat00014
    Figure 112010003009838-pat00015
    ,
    또한,
    Figure 112010003009838-pat00016
    여기서, 상기 τBS-MS는 기지국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 τRS-MS는 중계국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 T는 하향링크 전체 프레임 시간, 상기 τL은 임의의 링크L에 대한 프레임 전송률, 상기 k는 링크L 내의 단말 인덱스, 상기 N은 부채널 수, 상기 n은 부채널 인덱스, 상기 cL k,n은 단말k가 링크L에서 부채널n을 사용하는 경우 1로 설정되고 나머지 경우는 0인 지시자, 상기 uL k,n는 채널 효용성을 나타내는 지표, 상기 rL k,n는 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k의 전송률, 상기 BERL k,n는 채널 상태 정보를 토대로 예측되는 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k의 비트 에러율, 상기 TL k,n/Tslot은 링크L에서 부채널n을 사용하는 단말k에게 할당된 시간 슬롯, 상기 qk는 버퍼링된 단말k의 패킷 수를 나타냄.
  37. 제 33항에 있어서,
    상기 제 2 상황의 프레임 전송률은, 하기 수식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법,
    Figure 112010003009838-pat00017
    여기서, 상기 τBS-MS는 기지국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 τRS-MS는 중계국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 T는 하향링크 전체 프레임 시간, 상기 Tslot은 하나의 슬롯 시간을 나타냄.
  38. 제 33항에 있어서,
    상기 제 3 상황의 프레임 전송률은, 하기 수식과 같이 산출되는 것을 특징으로 하는 방법,
    여기서, 상기 τBS - MS는 기지국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 τRS - MS는 중계국-단말 링크의 프레임 전송률, 상기 T는 하향링크 전체 프레임 시간, 상기 Tslot은 하나의 슬롯 시간을 나타냄.
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