KR100964192B1 - 중계국의 전송 타이밍 설정 방법 - Google Patents

중계국의 전송 타이밍 설정 방법 Download PDF

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Abstract

중계국의 전송 타이밍 설정 방법이 개시된다. 중계국 및 기지국으로 구성된 이동통신시스템에서 중계국은 하향링크 및 상향링크에서의 처리능력에 대한 정보를 포함하는 처리능력 보고 메시지를 생성한 후 이를 기지국으로 전송한다.

Description

중계국의 전송 타이밍 설정 방법{Method of determining transmission timing in Relay Station}
본 발명은 무선 시스템의 전송 용량과 데이터 전송율의 개선을 위하여 물리 계층(physical layer, 이하 PHY) 및 MAC 계층에서의 타이밍 버짓(timing budget)을 갖는 다중 홉 릴레이 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MMR(Mobile Multi-hop Relya) 시스템에 구현 가능하고 효율적으로 대역폭을 사용할 수 있도록 하는 중계국에서의 전송 타이밍에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT 성장동력기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-011-02, 과제명: 멀티홉 WiBro용 relay mesh 통신 시스템 개발].
MMR 시스템은 기지국(Base Station, 이하 BS), 이동국(Mobile Station, 이하 MS) 및 적어도 하나 이상의 중계국(Relay Station, 이하 RS)으로 구성된다. BS와 RS 사이의 링크를 릴레이 링크(Relay Link)라 하고, RS와 MS 사이의 링크를 액세스 링크(Access Link)라고 한다. MMR 시스템에는 크게 투명 모드(transparent mode)와 비투명모드(non-transparent mode)가 있다. 투명 모드에서 프레임은 하향 링 크(Down Link, DL)와 상향 링크(Up Link, UL)로 분할되고, 다시 하향 링크는 BS가 MS 또는 RS와 직접 통신하기 위한 구간, 즉 직접 중계 영역(Direct Relay Zone)과 RS를 통해 MS로 데이터를 중계하는 투명 영역(transparent zone)으로 분할된다. 상향 링크는 MS가 RS 또는 BS와 통신하기 위한 액세스 영역(access zone)과 RS가 BS와 통신하기 위한 릴레이 영역(relay zone)으로 분할된다.
이에 반해 비투명 모드에서 프레임은 상향 링크와 하향 링크로 분할되고, 각 링크는 MS가 BS 또는 RS와 직접 통신하기 위한 액세스 영역, BS와 RS 간의 링크를 제공하기 위한 릴레이 영역으로 분할된다. 즉 비투명 모드에서는 투명 모드의 투명 영역이 존재하지 않는다.
릴레이 UL(uplink) 할당 시작 시간은 릴레이 링크(이하, R-link) 상의 R-MAP에 정의되어 있는 상향링크의 효율적 시작 시간(effective start time)을 나타낸다. 여기서, R-MAP은 OFDM(Orthogonal Frequency Divison Multiplexing)-PHY를 위한 R-link 상의 상하향 링크 간격 등을 정의한다.
효율적 시작 시간이 0으로 정의되어 있다면, R-MAP에 정의된 상향링크 할당은 현재 프레임에서 효율적이다. 만일 효율적 시작 시간의 값이 N이면, i번째 프레임의 R-MAP에서 정의된 상향링크 할당은 i+N번째 프레임에서 효율적이다.
비투명(non-transparent) 모드에서, RS에 대한 UL 액세스 링크로부터 데이터를 수신한 후 UL 릴레이 링크에서의 전송 타이밍을 목표로 하는 UL 릴레이 할당 시작시간은 BS로부터 하나 또는 모든 RS들에게 전송된다.
그러나 2-홉(hop) 이상의 MMR 시스템의 비투명 RS에서 UL 릴레이 링크로부터 데이터를 전송받은 후 UL 릴레이 링크에서의 전송 타이밍에 대한 UL 릴레이 할당 시작 시간과 같이, 또 다른 링크 접속 조건에 대해 문제점이 남는다. 2 홉 이상의 MMR 시스템에서 비투명 RS에 대해 DL 릴레이 링크로부터 데이터를 수신한 후 DL 릴레이 링크에서의 전송 타이밍을 포함한 DL 릴레이 할당 시작시간 또는 투명 RS/ 비투명 RS 보조 시스템에서 DL 릴레이 링크로부터 데이터를 수신한 후의 DL 액세스 링크에서의 전송 타이밍을 포함한 DL 릴레이 할당 시작 시간도 유사한 동작을 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, MMR 시스템에 구현 가능하고 효율적으로 대역폭을 사용할 수 있도록 하는 중계국에서의 전송 타이밍 설정 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 일 실시예는, 중계국 및 기지국으로 구성된 이동통신시스템에서 상기 중계국의 처리능력 보고 방법에 있어서, 상기 중계국의 하향링크 및 상향링크에서의 처리능력에 대한 정보를 포함하는 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계; 상기 처리능력 보고 메시지를 기지국으로 전송하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 중계국은 대역폭을 효율적으로 사용하여 프레임을 전송할 수 있는 전송 타이밍을 설정할 수 있다.
다음 상황을 고려할 때, 기지국에서 중계국으로 하향 링크 및 상향 링크 모두에 대한 타이밍 정보를 전송하는 것이 필요하다.
1. 투명 모드의 RS 시스템의 경우, 기지국은 이동국으로부터 직접 수신할 수 있는 DL-MAP 할당과 일치하도록 하기 위해, 현 프레임의 액세스 영역(access zone)에서 수신한 데이터를 전송할 때를 중계국에게 알릴 필요가 있다. 여기서 DL-MAP은 액세스 링크에서 다운링크 간격 등을 정의하고 있는 맵이다.
예를 들어, 만약 직접 중계 영역(direct relay zone)이 사용되고 있다면, 수신된 데이터는 동일 프레임에서 전송될 것이다. 반면, 중계국은 한 프레임 내에서 복호화(decoding), 복조(demodulation), 상위 계층 프로세싱(upper layer processing), 부호화(encoding) 및 변조(modulation)를 포함한 모든 과정을 끝낼 수 없을 가능성이 있으므로, 이러한 RS 액세스 링크 전송을 위한 할당 시작 시간의 지연은 중계국에게 통보되어야만 한다. 이와 같은 릴레이 전송 시작 시간에 대한 타이밍 값은 복호 지연뿐만 아니라 상위 계층의 제어정보 등과 같은 다른 처리 시간을 고려해야 한다.
2. 비투명 모드의 RS 시스템의 경우, 20ms와 같이 큰 프레임을 갖는 경우에는 하나의 프레임에 다수의 릴레이 영역이 있을 수 있다. 기지국은 지연을 줄이기 위하여, 중계국이 동일 프레임 내에서 앞 부분의 릴레이 영역에서 데이터를 수신하고 그 뒷부분의 릴레이 영역에서 데이터를 전송하기를 원할 수도 있다.
3. 다중 홉의 경우를 고려한다면, 적응형 변조(adaptive modulation) 및 부호 방식을 사용할 수 있을 것이고, 이는 릴레이 링크에서 크고 빈번한 타이밍 정보의 변화를 유발할 것이며, 중계국 또는 기지국은 이러한 타이밍 정보를 수신 중계국에게 R-link 특정 IE에 의한 적절한 방법으로 전송할 필요가 있을 수 있다. 여기서, R-link 특정 IE는 비투명모드 RS를 위한 정보요소(IE)로서, 타입(Type), 길이(legnth), 특정 데이터(Specific Dta)를 포함하는 포맷으로 이루어져 있다.
만약 타이밍 정보가 자주 바뀔 필요가 없다면 RCD(R-link Channel Descriptor)-TLV(Type Length Value) 인코딩의 일반적 채널 기술(generic channel description)을 위한 필드가 R-link specific IE 대신에 채택될 수 있다.
4. 2홉 이상의 분산 스케줄링에서, 대역폭을 좀 더 효율적으로 사용하기 위하여 액세스 영역(access zone)과 릴레이 영역(relay zone) 사이의 트래픽 비율의 변화량에 따른 중계국 자신의 액세스 영역과 릴레이 영역을 형성하기 위하여, 액세스 영역과 릴레이 영역에 대한 타이밍 정보는 심볼 단위를 명확히 해야 하고, 수신 중계국에게 알려야 한다.
MMR 시스템에서, 각각의 링크들에 대한 중계국의 각 타이밍 버짓 정보는 다음 4 가지 타입이 있다.
1) UL 릴레이 링크로부터 데이터를 수신한 후의 릴레이 UL 링크 전송 타이밍 버짓(타이밍 지연)
2) UL 액세스 링크로부터 데이터를 수신한 후의 릴레이 UL 링크 전송 타이밍 버짓(타이밍 지연)
3) 액세스 링크로 전송되는 데이터를 위한 릴레이 DL 링크 전송 타이밍 버짓(타이밍 지연)
4) 릴레이 링크로 전송되는 데이터를 위한 릴레이 DL 링크 전송 타이밍 버짓(타이밍 지연)
이와 같은 정보는 MMR 시스템의 구현 관점에서 반드시 필요하므로, 위에서 언급한 다양한 링크에서의 RS 복조, 상위 계층 처리 지연 등과 같은 점을 고려하여 네트워크 진입(network entry) 절차나 SBC 협상절차(SBC capability negotiation procedure) 동안에, 이러한 타이밍 정보가 교환되어야 한다. 여기서 SBC는 SS(Subscriber Stations) Basic Capability의 약어이다.
중계국은 모든 링크에서의 타이밍 처리 능력(timing processing capability)을 처리능력 보고 메시지를 통해 기지국에 보고한다. 여기서, 처리능력 보고 메시지로 IEEE 802.16j에서 정의된 SBC-REQ(SS basic capability request) 메시지를 이용할 수 있다. 그러면 기지국은 처리능력 보고 메시지를 통해 수신한 중계국의 처리 능력 정보와 함께 프레임구조와 같은 다른 필수 요소들을 참조하여 모든 링크에 대한 타이밍 지연 값을 결정하고, 처리능력 응답 메시지를 통해 결정된 타이밍 지연 값을 중계국에게 알려준다. 여기서, 처리능력 응답 메시지로 IEEE 802.16j에서 정의된 SBC-RSP(SS and RS basic capability response) 메시지를 이용할 수 있다. 이와 같은 타이밍 기준 정보는 RS가 각각의 링크에 대한 타이밍 버짓을 수행할 때 사용된다.
예를 들어, 중앙집중 스케줄링 RS 시스템(centralized scheduling relay system)에서, 중계국은 기지국으로부터 수신한 타이밍 기준정보를 사용하여 수신된 테이터와 메시지의 릴레이 프레임 지연(relay frame delay)을 설정한다. 만약 DL 액세스 링크로 데이터를 전송하기 위한 값이 2 프레임인 경우, 중계국은 i 번째 프레임에서 수신한 데이터를 i+2 번째 프레임에 중계한다.
분산 중계시스템(distributed relay system)에 대한 또 다른 예로서, 중계국은 기지국으로부터 수신한 타이밍 기준정보를 사용하여 수신한 데이터와 메시지의 전송 지연값을 설정할 수 있다. 중계국은 스케줄링 동안에 이와 같은 타이밍 기준 정보를 고려한다.
간단한 경우에 중계국은 처리능력 보고 메시지를 이용하여 하향링크 및 업링크 처리 능력만을 기지국으로 보고할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중계국 처리 능력을 보고하기 위한 처리능력 TLV(Type-Length-Value)의 일 예를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, RS 처리 능력 TLV는 DL 링크와 UL 링크에 대한 중계국의 처리능력을 나타낸다. 처리 능력은 프레임 단위로 나타낼 수 있다. 네트워크 진입 절차나 SBC 협상절차 동안에, 중계국은 처리능력 보고 메시지(일 예로, SBC-REQ 메시지)로 기지국에게 하향링크 및 업링크 RS 처리 능력을 보고한다.
도 2는 본 발명에 따른 중계국 처리 능력을 보고하기 위한 처리능력 TLV의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 중계국 처리능력 TLV는 직접 중계 영역(direct relay zone)에서 중계국이 중앙집중 스케줄링 모드(centralized scheduling mode)에서 데이터를 수신하고 포워딩하는 사이의 지연을 나타낸다. 즉, 중계국 처리능력 TLV는 DL 직접 중계 영역에서의 중계국 포워딩 지연(RS forwarding delay)과 UL 직접 릴레이 영역에서의 중계국 포워딩 지연에 대한 정보를 나타낸다. 포워딩 지연 값은 OFDMA 심볼 단위로 나타낼 수 있다. 이러한 중계국 처리능력 TLV는 처리능력 보고 메시지(예를 들어, SBC-REQ 메시지)를 통해 기지국에 보고될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 중계국 처리 능력을 보고하기 위한 처리능력 TLV의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 중계국 처리능력 TLV는 중앙집중 스케줄링 모드의 중계국이 MAC PDU를 수신하고 포워딩하는 사이의 최소 지연을 나타낸다. 구체적으로, 중계국 처리능력 TLV는 DL에서의 중계국 포워딩 지연과 UL에서의 중계국 포워딩 지연에 대한 정보를 나타낸다. 이러한 중계국 처리능력 TLV는 처리능력 보고 메시지(예를 들어, SBC-REQ 메시지)를 통해 기지국에 보고될 수 있다.
구현 예에 따라 타이밍 값을 변수로 필요한 경우, 타이밍 버짓을 계산하기 위하여 도 4의 RCD(R-link Channel Descriptor) TLV 또는 도 5의 R-Link 특정 IE를 사용한다.
도 4는 본 발명에 따른 타이밍 버짓을 계산하기 위한 RCD TLV의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 수신된 릴레이 영역 데이터의 릴레이 UL 타이밍 기준 시간(timing reference time)은 수신된 릴레이 영역 데이터의 수신시각 대비 데이터의 상향링크 할당의 송신시각 지연값을 나타낸다. 만약 이 값이 1 프레임인 경우 수신된 릴레이 영역 데이터의 상향링크 할당은 다음 프레임에서 시작하게 된다.
수신된 액세스 영역 데이터의 릴레이 UL 타이밍 기준 시간 액세스 영역 데이터의 수신시각 대비 데이터의 상향링크 할당의 송신시각 지연값을 나타낸다. 만일 이 값이 1 프레임인 경우 수신된 액세스 영역 데이터의 상향 링크 할당은 다음 프레임에서 시작하게 된다.
액세스 영역에 대한 릴레이 DL 타이밍 기준 시간은 수신된 액세스 영역에서 데이터 수신시각 대비 데이터의 하향링크 할당의 송신시각 지연값을 나타낸다. 만 약 이 값이 1 프레임인 경우 수신된 액세스 영역 데이터의 하향링크 할당은 다음 프레임에서 시작하게 된다.
릴레이 영역에 대한 릴레이 DL 타이밍 기준 시간은 릴레이 영역 데이터의 수신시각 대비 데이터의 하향 링크 할당의 송신시각 지연값을 나타낸다. 만약 이 값이 1 프레임인 경우 수신된 릴레이 영역 데이터의 상향링크 할당은 다음 프레임에서 시작하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 R-링크 특정(specific) IE의 일 예를 도시한 도면이다.
만일 타이밍 정보가 자주 바뀔 필요가 없다면, RCD-TLV 인코딩의 일반 채널 묘사에 대한 필드는 R-link 특정 IE로 대체할 수 있다.
도 5를 참조하면, RS 할당 시작 시간 IE는 전송된 릴레이 링크 상세 IE에서 동작(operational) RS의 하향링크와 상향링크의 릴레이 전송 시작 시간의 타이밍을 나타낸다.
수신된 릴레이 영역 데이터의 릴레이 UL 타이밍 기준 시간(timing reference time)은 수신된 릴레이 영역 데이터의 수신시각 대비 데이터의 상향링크 할당의 송신시각 지연값을 나타낸다. 만약 이 값이 1 프레임인 경우 수신된 릴레이 영역 데이터의 상향링크 할당은 다음 프레임에서 시작하게 된다.
수신된 액세스 영역 데이터의 릴레이 UL 타이밍 기준 시간 액세스 영역 데이터의 수신시각 대비 데이터의 상향링크 할당의 송신시각 지연값을 나타낸다. 만일 이 값이 1 프레임인 경우 수신된 액세스 영역 데이터의 상향 링크 할당은 다음 프 레임에서 시작하게 된다.
액세스 영역에 대한 릴레이 DL 타이밍 기준 시간은 수신된 액세스 영역에서 데이터 수신시각 대비 데이터의 하향링크 할당의 송신시각 지연값을 나타낸다. 만약 이 값이 1 프레임인 경우 수신된 액세스 영역 데이터의 하향링크 할당은 다음 프레임에서 시작하게 된다.
릴레이 영역에 대한 릴레이 DL 타이밍 기준 시간은 릴레이 영역 데이터의 수신시각 대비 데이터의 하향 링크 할당의 송신시각 지연값을 나타낸다. 만약 이 값이 1 프레임인 경우 수신된 릴레이 영역 데이터의 상향링크 할당은 다음 프레임에서 시작하게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 중계국의 처리 능력 보고 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 중계국은 중계국 자신의 처리 능력에 대한 정보를 포함한 처리능력 보고 메시지를 생성한다(S600). 처리능력 보고 메시지의 일 예로서, IEEE 802.16j에서 정의된 SBC-REQ 메시지를 이용할 수 있음은 물론이다. 처리능력 보고 메시지에 포함되는 중계국의 처리능력은 직접 중계 영역에서 중계국의 포워딩 지연 값(도 2의 처리능력 TLV 참조) 또는 DL 및 UL에서 중계국의 포워딩 지연 값(도 3의 처리능력 TLV 참조) 등이 될 수 있다. 그리고 중계국은 생성한 처리능력 보고 메시지를 기지국으로 전송한다(S610). 이때 중계국은 중앙집중 스케줄링 모드에서 동작하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 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 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 중계국 처리 능력을 보고하기 위한 처리능력 TLV의 일 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 중계국 처리 능력을 보고하기 위한 처리능력 TLV의 다른 예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 중계국 처리 능력을 보고하기 위한 처리능력 TLV의 다른 예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 타이밍 버짓을 계산하기 위한 RCD TLV의 일 예를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 R-링크 상세 IE의 일 예를 도시한 도면, 그리고,
도 6은 본 발명에 따른 중계국의 처리 능력 보고 방법의 일 예를 도시한 흐름도이다.

Claims (8)

  1. 중계국 및 기지국으로 구성된 이동통신시스템에서 상기 중계국의 처리능력 보고 방법에 있어서,
    상기 중계국의 하향링크 및 상향링크에서의 포위딩 지연 정보를 포함하는 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계; 및
    상기 처리능력 보고 메시지를 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계국의 처리능력 보고 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계는,
    상기 포워딩 지연 정보로서 상향링크에서의 중계국 포워딩 지연 정보 및 하향링크에서의 중계국 포워딩 지연 정보를 포함하는 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계국의 처리능력 보고 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계는,
    상기 포워딩 지연 정보로서 상향링크 직접 중계 영역에서의 중계국 포워딩 지연 정보 및 하향링크 직접 중계 영역에서의 중계국 포워딩 지연 정보를 포함하는 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계국의 처리능력 보고 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 중계국은 중앙집중 스케줄링 모드에서 동작하는 것을 특징으로 하는 중계국의 처리능력 보고 방법.
  5. 중계국 및 기지국으로 구성된 이동통신시스템에서 상기 중계국의 처리능력 보고 방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 있어서,
    상기 중계국의 하향링크 및 상향링크에서의 포워딩 지연 정보를 포함하는 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계; 및
    상기 처리능력 보고 메시지를 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계는,
    상기 포워딩 지연 정보로서 상향링크에서의 중계국 포워딩 지연 정보 및 하향링크에서의 중계국 포워딩 지연 정보를 포함하는 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계는,
    상기 포워딩 지연 정보로서 상향링크 직접 중계 영역에서의 중계국 포워딩 지연 정보 및 하향링크 직접 중계 영역에서의 중계국 포워딩 지연 정보를 포함하는 처리능력 보고 메시지를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 중계국은 중앙집중 스케줄링 모드에서 동작하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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