KR101174171B1 - 협동 릴레이를 이용한 무선 통신 네트워크를 위한 방법 및시스템 - Google Patents

협동 릴레이를 이용한 무선 통신 네트워크를 위한 방법 및시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통신 성능을 향상시키기 위한 릴레이 지원 무선 통신에 관한 것이다. 본 발명에 따른 무선 통신 시스템에서, 이웃하는 릴레이 스테이션은 실질적 오버랩 커버리지를 갖는다. 본 발명에 따른 방법에서, 이동국은 릴레이 스테이션에 소프트 결합을 행한다. 이동국은 릴레이 스테이션의 선택 및 채널 품질 측정을 기지국으로 피드백한다. 기지국은 각 이동국의 보고된 소프트 결합 및 채널 품질 측정에 기초하여 송신을 릴레이 스테이션에 적응시킨다. 이런 식으로, 릴레이 스테이션으로의 제어 신호 및 그로부터의 제어 신호 전송은 매우 제한될 수 있다.
릴레이 스테이션, 이동국, 기지국, 오버랩 커버리지, 소프트 결합.

Description

협동 릴레이를 이용한 무선 통신 네트워크를 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS USING COOPERATIVE RELAYING}
본 발명은 통신 성능을 증진시키는 릴레이 지원 무선 통신에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 협동 릴레이(cooperative relaying)를 이용한 2홉(two-hop) 무선 통신 네트워크의 복잡성을 감소시키는 방법 및 시스템 구조에 관한 것이다.
무선/셀룰러 통신 네트워크 및 시스템을 개발하기 위한 노력에 의해, 많은 다른 양태는 별문제로 하고, 고 데이터율의 커버리지 또는 지원, 또는 이들 양자 모두의 조합이 증대될 수 있었다. 동시에, 시스템을 구축하고 유지하는 비용 양태는 매우 중요하고, 장래에 더욱더 그렇게 될 것으로 예상된다.
최근까지, 셀룰러 네트워크의 기존 3세대를 포함하는 무선 네트워크의 주 토폴로지(topology)는 거의 변경되지 않았다. 이 토폴로지는, 네트워크 내의 송신 및 수신 엔티티(entity)로서 고정 무선 기지국 및 이동국을 가진 셀룰러 구조를 특징으로 하며, 여기서, 통신은 통상적으로 이들 2개의 엔티티만을 수반한다. 네트워크로의 선택적인 접근법은 공지된 멀티홉(multihop) 네트워크에 의해 예시되며, 여기서, 통상적으로 무선 시나리오에서, 통신은 릴레이 구성에서 다수의 송신 및 수신 엔티티를 수반한다. 이와 같은 시스템은, 종단 대 종단(end-to-end)(ETE) 사용자에 이득을 줄 수 있는 통신 (릴레이) 엔티티 간에 경로 손실을 상당히 줄일 가능성을 제공한다.
최근에는, 멀티홉 네트워크와 같이 많은 특징 및 이점을 가지만, 2개만의 (또는 소수의) 홉의 릴레이로 제한되는 다른 타입의 토폴로지에 주목하고 있다. 멀티홉 네트워크와는 대조적으로, 상술한 토폴로지는 병렬성(parallelism)의 양태를 이용하고, 또한 차세대 안테나 시스템으로부터 이들 테마(themes)를 채택한다. 새로운 타입의 토폴로지를 이용하는 이들 네트워크는 공통 분모(common denominator)로서 다중국(multiple station) 간에 협동한다. 최근의 조사 보고서에서는, 그것은 협동 릴레이, 협동 다이버시티(diversity), 협동 코딩, 가상 안테나 어레이 등과 같은 수개의 명명하에 있다. 본 출원에서는, 용어 "협동 릴레이" 및 "협동 방식/방법"은, 제각기, 다중국 간에 협동을 이용하는 모든 시스템 및 네트워크와, 이들 시스템에 이용되는 방식/방법을 포함하는 것을 의미한다. 협동 통신 방식의 포괄적인 개요는 [1]에 주어진다. 릴레이 신호의 여러 포맷은 전개될 수 있다. 신호는 복호되고, 재변조되어 전송되거나, 또는 선택적으로 간단히 증폭되어 전송된다. 전자는 복호 및 전송 또는 재생 릴레이로서 공지되어 있는 반면에, 후자는 증폭 및 전송 또는 비재생 릴레이로서 공지되어 있다. 재생 및 비재생 릴레이는 양자 모두, 예컨대, 제각기 통상의 멀티홉 및 중계기 솔루션에 의해 공지되어 있다. 이 2개의 접근법에 대한 여러 양태는 [2]에서 다루어져 있다. 릴레이는 신호를 본래 2개의 방식으로 전송할 수 있으며, 즉, 동일한 자원에서 신호를 릴레이하거나, 다른 채널, 예컨대, 시간 또는 주파수로 변경할 수 있다. 제 1 경우에는, 릴레이 송신 및 수신 간의 결합 문제를 극복하는 것이다. 이것은 2개의 안테나 및 간섭 삭제 기술을 이용하여 처리될 수 있다. 제 2 경우에는, 릴레이가 신호를 간단히 수신하여, 이 신호를 다음 슬롯으로 전송하거나, 선택적으로 신호를 수신할 시에 다른 주파수 대역으로 동시에 전송하는 것이다.
무선 통신에서 협동 릴레이의 일반적인 이점은, 고 데이터율, (상이한 형식의 다이버시티로 인한) 감소된 사고 상태(outage), 증가된 배터리 수명 및 확장된 커버리지를 포함한다.
협동 릴레이를 이용하는 여러 방식 및 토폴로지는, 예컨대, 정보 이론의 영역 내의 이론적 모델로서, 실제 네트워크에 대한 제안으로, 그리고 소수의 경우에는 실험실 테스트 시스템으로서 제시되었다. 예들은 [1] 페이지 37-39, 41-44에 기재되어 있다. 여러 협동 방식은, 협동하는 엔티티로 송신할 데이터를 가진 엔티티에 기초하여 분할될 수 있다. 도 1a-f(종래 기술)에서, 트래픽이 작성되는 곳을 나타내고, 엔티티가 수신기 및 무선 송신용 경로인 상이한 토폴로지가 개략적으로 도시된다.
도 1a에 도시된 전통적 릴레이 채널은, 릴레이의 사용을 통해 수신지와 통신하기를 원하는 발신지를 포함한다. 릴레이는, 잡음 채널을 통해 발신지에 송신되는 신호를 수신하여, 그것을 처리하여 수신지로 전송한다. 수신지는 발신지 및 릴레이 송신의 중첩(superposition)을 주시한다. 릴레이는 송신할 어떠한 정보도 갖지 않아, 릴레이의 목표는 발신지에서 수신지로의 전체 정보 흐름율을 최대화하는 것이다. 전통적 릴레이 채널은 [1], [7] 및, 수신기 다이버시티가 후자에 포함되는 [3]에서 학습되었다. 이의 3개의 스테이션(station) 형식의 전통적 릴레이 채널은 다 수의 릴레이 스테이션을 전혀 이용하지 않아, 상술한 이점을 제공하지 않는다.
더욱 유망한 접근법인 병렬 릴레이 채널은 도 1b에 개략적으로 도시되어 있으며, 여기서, 무선 시스템은 오버랩 커버리지(overlapping coverage)를 가진 (지원 중계기를 가진 셀룰러 기지국과 같은) 중계기를 채용하며, 수신기는 다수의 중계기로부터 수신되는 겹쳐진(super-positioned) 신호를 이용하는데 유리할 수 있다. 이것은, 중계기가 근접하여 배치되어, 충분히 큰 전력에 의해 송신하는 시스템에서 자동으로 일어나는 어떤 것이다. 최근에, 예컨대, Schein에 의해 이 케이스에 대한 정보의 이론적 연구가 [4] 및 [5]에서 다루어지며, 그는 2개의 중간 릴레이를 이용하여 단일 송신기와 단일 수신기 간의 협동 릴레이에 기초한 가간섭성 결합(coherent combining)의 이용을 제시한다. 이 연구는, 순전히 정보의 이론적 분석이며, 2개의 릴레이 스테이션만으로 제한되며, 방법을 실제적으로 실행하게 하는 수단 및 메카니즘이 없다.
도 1c에 개략적으로 도시되어 있는 (일반화 피드백을 가진 다중 접근 채널로서 공지된) 릴레이를 가진 다중 접근 채널의 개념은 최근에 조사되었다. 이 개념은, 둘의 사용자가 협동하는, 즉, 제각기 송신하기를 원하는 정보를 교환하여, 각 사용자가 자신의 정보를 바로 송신할 뿐만 아니라, 다른 사용자 정보를 한 수신기로 송신하는 것을 포함한다. 그렇게 행할 시의 이점은, 협동이 다이버시티 이득을 제공하는 것이다. 본질적으로, 조사된 2개의 방식, 즉, 협동 다이버시티 및 부호화된 협동 다이버시티가 있다. 이들 연구는 [1]에서 보고되어 있다. 다이버시티에 대해, Alamouti 다이버시티, 수신기 다이버시티, 가간섭성 결합 기반 다이버시티와 같은 다수의 형식이 제시되었다. 통상적으로, 조사된 방식 및 토폴로지는 송신 전에 데이터를 복호화한다. 이것은, 스테이션이 협동하기 위해 근접 배치될 필요가 있어, 더욱 원거리 릴레이뿐만 아니라, 대규모 그룹이 형성될 경우에 더욱 많은 수의 잠재적 릴레이와의 협동을 배제한다는 것을 의미한다. 이들 방식의 부가적인 결점은 근접 배치되어 동시에 송신하는 스테이션을 갖지 않는다는 것이다. 이들 결점은 조사된 토폴로지(topology)가 실제적으로 중요하지 않다는 것을 나타낸다. 도 1d에 도시된 릴레이에 의한 방송 채널은 본질적으로 도 1c에 도시된 토폴로지의 반대이며, 그래서 동일한 심각한 결점을 공유한다.
도 1c에 도시된 토폴로지의 다른 연장부는 릴레이에 의한 소위 간섭 채널이며, 이는 도 1e에 도시되며, 여기서, 2개의 수신기가 고려된다. 이것은, 예컨대, [8] 및 [1]에서 연구되었지만, 수신기 간의 협동이 없어, 협동 릴레이에 의해 제공되는 가능성을 활용하지 못하였다.
도 1f에 개략적으로 도시된 다른 보고된 토폴로지는 때때로 Virtual Antenna Array Channel로서 지칭되고, 예컨대 [9]에 기술된다. 이 개념에서, 통신국과 인접한 릴레이 노드 간의 상당한 대역폭 확장이 추정되어, 비간섭 신호는 위상 및 진폭 정보가 보유되도록 하는 직교 자원을 통해 전송될 수 있다. 이런 구조에 의하면, MIMO (Multiple Input Multiple Output) 통신 (또한 다른 공간-시간 코딩 방법)이 단일 안테나 수신기에 의해 가능하게 된다. 이 토폴로지는 송신을 위해서도 동등하게 이용될 수 있다. 일반적으로, 릴레이 스테이션이 수신기(또는 송신기)에 근접해 있음을 추정한다. 이것은 한 릴레이뿐만 아니라, 이용될 수 있는 가능한 릴레이의 전체 수를 발견할 가능성을 제한한다. 상당히 실제적인 제한은, 비간섭 채널을 통해 신호를 처리를 위한 수신기로 릴레이하기 위해서는 매우 큰 대역폭 확장이 필요하다는 것이다.
당업자에 의해 실현되는 바와 같이, 협동 릴레이를 이용하는 실 시스템(real system) 구성은 포함된 릴레이 스테이션을 제어하는 제어 메카니즘을 필요로 한다. 제어의 필요성은, 주로 이동국의 이동성 및 생성된 토폴로지의 변경으로 인해 일어나며, 예컨대, 릴레이 동작 및 정지를 포함할 수 있다. 제어 메카니즘에 대한 필요성은 도 2에서 개략적으로 설명되며, 여기서, 이동하는 이동국(205)은 시간 T1에서는 릴레이 스테이션 210:1 및 210:2를 통해 통신하고, 시간 T2에서는 릴레이 스테이션 210:1, 210:3, 210:4 및 210:5를 통해 통신한다.
제어 절차는 상술한 종래 기술에서 완전히 기술되지 않았다. 그러나, 그것은, 예컨대, 도 1f를 참조로 기술된 케이스에서, 제어 메시지가 기지국과 사용자의 양방으로 지향되고, 그로부터 지향되는 릴레이 스테이션으로 교환되고, 그로부터 교환된다는 것을 나타낸다. 유사한 제어 구조가 또한 [11]에서 개시되며, 여기서, 데이터를 수신하여 릴레이하기 위해 릴레이 스테이션에 명령하는 적어도 하나의 제어 단자가 식별된다.
제안된 제어 메카니즘은, 특히, 토폴로지가 이동 사용자가 빠르게 이동하기 때문에 자주 변화하여, 릴레이 송신 파라미터(예컨대, 전력)를 제어하거나 릴레이를 자주 변경할 필요가 있을 시에, 제어 데이터량을 과도하게 할 수 있다. 게다가, 토폴로지가 변화하지 않을지라도, 무선 전파의 변화가 상당할 수 있어, 릴레이로 빠른 제어 메시지 교환을 지시할 수 있다. 과도한 제어 신호는 바람직하게는 데이터 송신에 이용될 수 있는 무선 자원을 소비한다.
종래 기술에서는 다루어지지 않는 다른 문제는, 다수의 수신기가 최적의 릴레이 구성 및 파라미터 설정과 충돌할 시에 제공될 때 릴레이의 세션 또는 사용자 중심 제어를 이용하는 방법이다. 최적성(optimality)은, 릴레이가 활동적, 송신 전력 레벨, 채널 지정, 공간 시간 코딩 선택 및 위상 조정 등의 이용에 대해 상이할 수 있다. 릴레이 구성 및 파라미터 설정과의 충돌을 유발시킬 수 있는 상황은 도 3에서 개략적으로 설명되며, 여기서, 2개의 릴레이 스테이션 305:1 및 305:2은 양자 모두 동일한 릴레이 스테이션 310:1을 통해 부분적으로 통신한다. 릴레이 스테이션 310:1은, 이 시나리오에서, 릴레이 스테이션 305:1 및 305:2으로부터의 요구와 충돌하게 될 수 있다. 사용자의 세트에 대한 최적 또는 최적에 근접한 구성을 찾는 최적화 문제는, 잠재적으로 최적의 구성과 충돌하는 소수의 사용자만이 고려될지라도, 곧 매우 복잡하게 되고, 시간이 소비되거나, 사실상 관리할 수 없게 된다.
따라서, 본 기술 분야에서는, 협동 릴레이가, 예컨대, 고 용량 및 융통성(flexibility)을 제공할 시에 상당한 가능성을 갖는 것으로 입증되었다. 그러나, 종래 기술에서 제안된 제어 메카니즘은, 실제적인 대규모 네트워크에서 구현할 수 없는 솔루션을 제공하지 않고, 협동 릴레이를 가진 네트워크의 예상된 이점을 완전히 이용하지 않는다.
협동 릴레이를 가진 네트워크를 동작하는 종래 기술의 구조 및 방법에서, 릴레이를 제어하는 메카니즘은 과도한 제어 신호 및/또는 매우 복잡한 최적화 문제를 생성한다. 명백하게도, 과도한 제어 신호를 유발시키지 않거나 너무 많은 최적화 문제를 유발시키지 않고 협동 릴레이 네트워크의 예상된 이점을 이용하는 협동 릴레이 네트워크에 대한 개선된 방법 및 구조가 필요하다.
본 발명의 목적은, 협동 릴레이 네트워크의 구조 및, 종래 기술의 결점을 극복하는 그와 같은 네트워크를 동작하는 방법을 제공하는 것이다. 이것은, 청구항 1에서 규정된 바와 같은 방법, 청구항 20에서 규정된 시스템, 청구항 25에서 규정된 수신기 및, 청구항 28에서 규정된 기지국에 의해 달성된다.
이 문제는, 본 발명이 릴레이 스테이션의 릴레이 채널이 공간적으로 오버랩(overlap)하는 식으로 구성되는 구조를 제공함으로써 해결된다. 이 릴레이는, 바람직하게는, 간단한 중계기(repeater)로서 동작하며, 이 중계기는 기지국에 대해 통상적으로 비재생 중계기이지만, 가능할 때마다 재생 중계기이기도 하며, 릴레이 송신 파라미터는 단일(또는 다수의) 이동국에 대한 응답으로서 순시 링크 품질을 변화시키지 않는 것이 바람직하다. 다수의 릴레이가 가까운 곳에 있다면, 각 이동국은, 통신을 위한 후보(candidate)로서 다수의 릴레이 스테이션을 선택한다. 이 프로세스는 소프트 결합(soft association)으로 지칭되며, 즉, 릴레이는 이 이동국의 내부 선택을 알지 못한다. 이동국은, 예컨대, 이동국의 이동에 의해 유발되는 변화하는 무선 환경에 적응하기 위해, 예컨대 신호 품질 파라미터에 기초하여 소프트 결합을 연속적으로 갱신한다. 본 발명은, 공간 멀티플렉싱과 같은 MIMO 통신 기법이 단일 안테나 수신기로 구현되도록 하는 반면에, 기지국이 다수의 안테나를 가지며, 다수의 릴레이 채널이 이용된다. 릴레이를 통과하지 않고, 수신기 대 송신기 논리 피드백, 즉 이동국에서 기지국으로, 또는 그 역으로의 논리 피드백은 순시 링크 상태에 기초하여 송신을 적응시킨다. 본 발명은 셀룰러 시스템에 대한 다운링크 또는 업링크에 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 2홉 무선 통신 네트워크에 이용하는데 적합하며, 여기서, 기지국, 하나 이상의 이동국 및 다수의 릴레이 스테이션이 통신 세션을 확립할 시 또는 중에 관계되며, 릴레이 스테이션은 신호를 기지국에서 하나 이상의 이동국으로 전송한다. 이 방법은, 각 이동국이 적어도 부분적으로 오버랩 커버리지(overlapping coverage)를 가진 다수의 릴레이 스테이션으로부터 내부적으로 릴레이 채널의 세트를 선택함으로써 다수의 릴레이 스테이션에 대한 소프트 결합을 확립하는 단계를 포함하며, 릴레이 스테이션에 결합된 상기 릴레이 채널의 세트는 통신 세션에 이용하기 위한 후보이다. 이동국에 의해 실행되는 소프트 결합은, 오버랩 커버리지를 가진 릴레이 스테이션의 다수의 릴레이 스테이션의 릴레이 채널 품질에 관한 측정에 기초하는 것이 바람직하다. 이동국은 또한 선택 단계에서 어떤 애플리케이션의 대역폭 요구 조건과 같은 다른 인수를 고려할 수 있다.
이동국은 기지국에 대한 릴레이 스테이션의 선택을 피드백한다. 바람직하게는, 이동국은 또한 미가공(raw) 채널 데이터 또는 처리된 정보 또는 바람직한 송신 파라미터로서 채널 품질 측정을 피드백한다. 기지국은 이 피드백을 이용하여 송신을 릴레이 스테이션에 적응시킨다. 기지국은, 특정 이동국으로 통신할 시에, 송신 파라미터를 적절히 결정하지만, 이동국이 소프트 결합을 갖도록 선택하는 릴레이 스테이션의 세트로부터 통신할 시에 이용할 릴레이 스테이션을 결정할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 한 실시예에서, 기지국은 아래의 보조 단계에 따라 송신을 릴레이 스테이션에 적응시킨다:
- 하나 이상의 릴레이 스테이션의 사용에 관해 2 이상의 이동국으로부터의 충돌하는 요구를 피드백으로부터 식별하는 단계로서, 상기 2 이상의 이동국은 하나 이상의 동일한 릴레이 스테이션에 대한 소프트 결합을 갖는 단계,
- 상기 충돌하는 요구를 해결하기 위한 최적화 프로세스를 개시하는 단계,
- 상기 2 이상의 이동국이 소프트 결합을 갖는 릴레이 스테이션으로 송신을 적어도 적응시켜, 최적화 프로세스의 결과를 고려하는 단계.
본 발명에 따라 2홉 무선 통신 네트워크에서 통신하는데 적합한 시스템은, 기지국, 하나 이상의 이동국 및 다수의 릴레이 스테이션을 포함하며, 여기서, 릴레이 스테이션은 신호를 기지국에서 이동국으로 전송하는데 적합하다. 이 시스템에서, 다수의 릴레이 스테이션 중 적어도 일부는, 2 이상의 이웃한 릴레이 스테이션이 실질적으로 오버랩 커버리지를 가지고, 오버랩 커버리지를 가진 릴레이 스테이션의 채널이 본래 직교하도록 구성된다. 이동국은 적어도 부분적으로 오버랩 커버리지를 가진 릴레이 스테이션으로부터 한 세트의 릴레이 스테이션을 선택하도록 배치되어, 기지국과 이동국 간에 통신할 시에 이용할 후보인 다수의 릴레이 스테이션에 소프트 결합을 확립한다.
본 발명에 따른 수신기는, 실질적으로 오버랩 커버리지를 가진 다수의 릴레이 스테이션으로부터 한 세트의 릴레이 스테이션을 선택하는데 적합하고, 릴레이 채널 품질과 관한 선택을 기초로 하도록 배치되는 릴레이 스테이션 선택 모듈 및, 선택된 릴레이에 관한 정보, 바람직하게는 또한 순시 채널 품질에 관한 정보를 송신기로 피드백하는 피드백 모듈 수단을 제공함으로써, 2홉 무선 통신 네트워크에 이용하는데 적합하다.
본 발명에 따른 기지국은, 이동국으로부터 피드백을 수신하는 수단, 하나 이상의 릴레이 스테이션의 사용에 관해, 하나 이상의 릴레이 스테이션에 대한 소프트 결합을 가진 2 이상의 이동국으로부터의 충돌하는 요구를 식별하는데 적합하고, 충돌하는 요구를 해결하기 위해 최적화 프로세스를 실행하는데 적합한 최적화 모듈을 구비한다. 기지국은 2 이상의 이동국이 소프트 결합을 갖는 릴레이 스테이션으로 적어도 송신하기 위해 송신 파라미터를 결정하여, 최적화 프로세스의 결과를 고려하는데 적합한 송신 파라미터 적응 모듈을 더 구비한다.
본 발명에 의해, 과도한 제어 신호를 유발시키지 않거나 너무 많은 최적화 문제를 유발시키지 않고 협동 릴레이 네트워크에 의해 제공되는 가능성을 이용할 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 하나의 이점으로서, 릴레이 스테이션은 이들의 커버리지가 실질적으로 오버랩을 나타내도록 구성되고, 이동국은 통신에 이용되는 후보인 선택된 릴레이 스테이션에 소프트 결합을 행한다는 것이다. 각 이동국의 선택을 알고 있는 기지국은 이에 따른 송신에 적합하다.
다른 이점은, 하나 이상의 릴레이 스테이션의 사용에 관한 이동국으로부터의 가능한 충돌 요구가 무선 인터페이스를 통한 과도한 제어 신호 없이 기지국에 의해 해결된다는 것이다.
다른 이점은, MIMO 기반 통신이 본 발명에 따른 시스템에서 쉽게 구현된다는 것이다. 선택적으로, 수신 다이버시티(diversity)가 구현될 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 또 다른 이점으로서, 바람직하게는 각 이동국이 내부적으로 행하는 소프트 결합은 릴레이 스테이션이 통신할 어느 이동국에 관한 정보를 (제어 신호를 통해) 유지하여 보고할 필요성을 제거한다는 것이다.
본 발명에 의해 제공되는 또 다른 이점으로서, 간섭 상태의 순시 반송파에 기초하고, 다수의 사용자 다이버시티 이득을 산출하는 적절한 통신이 릴레이의 이득과 함께 제공될 수 있다는 것이다.
본 발명의 실시예는 종속 청구항에서 정의된다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규 특징은 첨부한 도면 및 청구범위와 관련하여 고려될 시에 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
상술한 본 발명의 특징 및 이점은 도면과 관련하여 아래의 상세한 설명에서 더욱더 기술되며, 여기서, 동일한 참조 번호는 동일한 소자를 나타낸다.
도 1a-f는 협동 릴레이를 이용하는 어떤 종래 기술의 토폴로지의 개략도이다.
도 2는 릴레이 스테이션 동작의 프로세스를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 릴레이 스테이션 상에서 충돌하는 요구를 가진 이동국을 처리하는 문 제를 개략적으로 설명한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법 및 시스템 구조를 이용하는 협동 릴레이 네트워크를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 논리 구조를 도시한 것이다.
도 6은 릴레이 스테이션 및 이동국용 단일 안테나를 이용하는 본 발명의 한 실시예에 따른 논리 구조를 도시한 것이다.
도 7은 2개의 이동국이 통신 세션에 관계되고, 부분적으로 동일한 릴레이 스테이션을 포함하는 도 6의 실시예를 개략적으로 예시한 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 방법을 통한 흐름도이다.
도 9는 오버랩 직교 릴레이 채널의 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따라 구성된 오버랩 직교 릴레이 채널을 개략적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 오버랩 직교 릴레이 채널을 개략적으로 도시한 것이다.
도 12는 오버랩 직교 릴레이 채널을 달성하는 중앙 집중(centralized) 방법을 통한 흐름도이다.
도 13은 오버랩 직교 릴레이 채널을 달성하는 분산(distributed) 방법을 통한 흐름도이다.
도 14는 본 발명에 따른 소프트 결합 프로세스를 통한 흐름도이다.
도 15는 본 발명에 따른 업링크의 논리 구조를 도시한 것이다.
이하, 본 발명은 이제 첨부한 도면을 참조로 더욱 상세히 기술되며, 여기서 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형식으로 실시될 수 있고, 여기에 설명된 실시예로 제한되는 것으로 해석되지 않으며, 오히혀, 이들 실시예는 본 명세서가 철저하고 완전하여, 당업자에게 본 발명의 범주를 충분히 전달할 것이다. 도면에서, 동일한 번호는 동일한 소자를 나타낸다.
본 발명은, 릴레이 스테이션의 릴레이 채널이 공간적으로 오버랩하는 식으로 구성되는 구조를 제공한다. 이것은, 아래에 더 기술되는 바와 같이, 중앙 집중 또는 분산 방식으로 달성될 수 있다. 전송된 신호의 릴레이 채널 선택 및 이득 인수 선택은 구현을 위해 매우 중요하다. 이 릴레이는, 바람직하게는, 간단한 중계기로서 동작하며, 이 중계기는 기지국에 대해 통상적으로 비재생 중계기이지만, 가능할 때마다 재생 중계기이기도 하며, 릴레이 파라미터는 단일(또는 다수의) 이동국에 대한 응답으로서 순시 링크 품질을 변화시키지 않는 것이 바람직하다. 릴레이는 직교 자원 상에서, 예컨대 시간, 주파수 또는 이들 모두로의 수신된 신호를, 선택적으로 동일한 시간-주파수 자원을 이용하고, 수신된 신호로부터 송신된 신호를 삭제하여, 전송할 수 있다. 다수의 릴레이가 가까운 곳에 있다면, 각 이동국은 매번 다수의 릴레이에 대한 소프트 결합을 갖는다. 이동 중에, 이동국은, 예컨대, 신호 품질 파라미터에 기초하여 소프트 결합을 연속적으로 갱신한다. 본 발명은, 공간 멀티플렉싱과 같은 MIMO 통신 기법이 단일 안테나 수신기로 구현되도록 하는 반면에, 기지국이 다수의 안테나를 가지며, 다수의 릴레이 채널이 이용된다. 릴레이를 통과하지 않고, 수신기 대 송신기 논리 피드백, 즉 이동국에서 기지국으로, 또는 그 역으로의 논리 피드백은 순시 링크 상태에 기초하여 송신을 적응시킨다. 본 발명은 셀룰러 시스템에 대한 다운링크 또는 업링크에 이용될 수 있다.
도 4의 네트워크(400)는 협동 릴레이 네트워크의 일례이며, 여기서, 본 발명이 이점으로 이용된다. 이 도면은, 기지국(410)(BS), 다수의 릴레이 스테이션(415)(RS) 및 다수의 이동국(MS)(420)을 포함하는 무선 네트워크의 일부분(405)을 도시한다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 릴레이 스테이션(415)은, 예컨대, 마스트(mast) 및 빌딩 상에 설치된다. 그러나, 사용자 이동 단말기와 같은 이동 릴레이는 또한 고정 릴레이 대한 보완물(complement)로서 이용되거나 독립적으로 이용될 수 있다.
적어도 일부지만, 반드시 모두가 아닌 릴레이 스테이션(415)의 커버리지는 실질적으로 오버랩을 나타냄으로써, 위치와 무관하게 이동국(420)이 대부분의 상황에서 다수의 릴레이 스테이션(415)의 커버리지 내에 있도록 한다. 오버랩 커버리지를 가진 릴레이 스테이션의 채널은 본질적으로 직교하는 것이 바람직하다. 릴레이 스테이션의 커버리지는, 예컨대, 이웃하는 릴레이 스테이션이 오버랩 커버리지를 갖는 식으로 구성된다. 도면에 예시된 바와 같이, 릴레이 스테이션(415:1-5)은 오버랩 커버리지를 갖는다. 릴레이 스테이션(415:8)은 릴레이 스테이션(415:1-5)과의 오버랩 커버리지를 갖지 않지만, 대신에, 이웃하는 릴레이 스테이션(415:6, 415:7 및 415:9)과의 오버랩 커버리지를 갖는다. 선택적으로, 많은 릴레이 스테이션(415:10-415:13 및 415:14-415:17)은 제각기 릴레이 스테이션(440 및 445)의 클 러스터(cluster)를 형성하며, 여기서, 이 클러스터 내의 모든 릴레이 스테이션은 본질적으로 오버랩 커버리지를 갖는다. 기지국(410)은, 제 2 릴레이 스테이션 클러스터(445) 뿐만 아니라, 부분적 오버랩 커버리지를 가진 다수의 릴레이 스테이션 그룹(415:1-5 및 415:6-9)로 예시된 바와 같이, 하나 이상의 릴레이 스테이션 클러스터에 링크될 수 있다. 릴레이 스테이션의 조직은 아래에 더 기술될 것이다.
이동국(420)은 기지국(410)과 능동적으로 통신한다. 화살표로 도시된 바와 같이, 신호는, 2홉을 특징으로 하는, 즉 다수의 릴레이 스테이션(415:1-5)을 통해 (및/또는 이동 릴레이로서 작용하는 이동국을 통해) 다수의 경로를 이용하여 본질적으로 동시에 전송된다.
네트워크(400)는 무선 통신 시스템에서의 무선 접속 네트워크로서 역할을 하고, 도시된 엔티티 또는 노드 외에, 예컨대, 기지국 및 무선 자원의 전체 사용을 제어하는 Radio Network Controllers (RNC)와 같은 다른 노드 및, 무선 통신 시스템의 코어(core) 네트워크에 상호 접속할 게이트웨이를 또한 포함할 수 있다.
릴레이 기반 통신이 통신을 강화하여, 기지국(410)을 이동국(420)으로, 및 그 역으로 지향시키는데 이용될지라도, 통신이 여전히 이용될 수 있음을 알 수 있다. 사실상, 기지국(410)과 이동국 간에 신호 전송하는 얼마간의 기본적 저 레이트(rate)는 릴레이 지원 통신 채널을 설정하는데 바람직할 수 있다. 예컨대, 페이징과 같은 셀룰러 시스템의 기능은 통상적으로, 릴레이 스테이션 대 이동국 채널이 선험적으로 알려져 있지 않지만, 대신에 바람직하게는, 직접 기지국 대 이동국 통신이 호출 설정 및 유사한 절차 중에 이용될 시에 릴레이를 이용할 수 없다.
배경 부분에 기술된 바와 같이, 네트워크를 협동 릴레이하는 종래 기술의 구조 및 방법은 통상적으로 충돌하는 상황을 유발시킬 수 있어, 2 이상의 이동국이 공유 릴레이 스테이션으로의 통신을 최적화하려고 한다. 게다가, 이동국과 릴레이 스테이션 간, 및/또는 상이한 릴레이 스테이션 간의 과중한 제어 신호가 예상될 수 있다. 본 발명은, 릴레이 스테이션(415)으로의 제어 신호 및/또는 릴레이 스테이션 간의 제어 신호가 무선 자원의 효율적인 사용을 획득할 필요가 없거나 제한적으로만 필요한 네트워크 구조 및 방법을 제공한다. 대신에, 대부분의 제어 신호는 기지국(410)과 이동국(420) 간에만 발생한다. 릴레이 스테이션(415)은 주로 이동국(420)과 기지국(410) 간의 제어 신호를 통해 간접적으로 제어되는 것이 바람직하다. 그래서, 상이한 이동국(420)으로부터 잠재적으로 충돌하는 요구는, 기지국(410), RNC, 또는 네트워크의 어떤 장소에서 처리될 수 있으며, 릴레이를 포함하는 무선 인터페이스를 통해 광범한 제어 신호를 필요로 하지 않는다.
본 발명에 따른 논리 구조는 도 5, 6 및 7에 개략적으로 도시된다. 도 5에 도시된 실시예는, 기지국(410), 릴레이 스테이션(415) 및 이동국(420)의 모두가 다수의 안테나를 구비하는 일반적인 케이스를 나타낸다. 도 6 및 7은, 릴레이 스테이션(415) 및 이동국(420)이 단일 안테나를 구비하는 실시예를 나타낸다. 다른 안테나 구성뿐만 아니라, 릴레이 스테이션 및/또는 이동국 중에서 다수의 안테나 및 단일 안테나의 혼합도 생각할 수 있다. 본 발명에 따른 일반적인 구조 및 기본 동작은 각종 안테나 구성뿐만 아니라 상이한 무선 접속 방법에도 쉽게 적응할 수 있을 것이다. 기본 동작은 주로 다운링크 시나리오에서 기술될 것이지만, 당업자는 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 구조 및 방법은 약간의 적응에 의해 업링크 통신에 동등하게 적절할 수 있다.
기지국의 송신기(510)는 코딩 및 스케줄링 유닛(511)에서 처리된 데이터 스트림을 송신한다. 데이터 스트림은 웨이트 매트릭스 U (512)를 경유하고 나서 후속하여 다수의 송신 안테나(513)를 통해 위치시키는 것이 바람직하다. 릴레이 스테이션(415)은, 채널, 신호 이득 인수 및 코딩과 같은 릴레이 송신 파라미터를 변경하지 않고 어떤 수신 신호를 전송한다. 선택적으로, 다른 실시예에 따르면, 릴레이는 수신 신호를 디코딩하거나, 다른 방식으로, 신호를 전송하기 전에 신호 충실도(fidelity)를 개선하려고 할 수 있다. 이동국의 수신기(520)는 다수의 릴레이 스테이션(415)으로부터 전송된 다수의 신호(530)를 수신한다. 수신기(520)는 통상적으로 다수의 상이한 채널(530:1-m)을 통해 신호를 수신하는 것이 바람직하다. 채널화는, 예컨대 주파수 또는 시간 영역 내에 있을 수 있다. 그래서, 오버랩 채널은 본질적으로 직교해야 한다. 게다가, 수신기는 또한 송신기 채널(535)을 통해 송신기로부터 직접 신호를 수신할 수 있다.
도 6에 도시된 예에서, 릴레이 스테이션(415:1)은 다수의 이동국 수신기(420:1-m)에 의해 수신되는 채널 1 (530:1) 상에 신호를 전송한다. 릴레이 스테이션(415:k)은 또한 다수의 이동국 수신기(520:1-m)에 의해 수신되는 채널 q (530:q) 상에 전송한다. 일반적으로, 각 이동국 수신기(520)는 다수의 릴레이 스테이션(415)으로부터 다수의 채널을 통해 신호를 수신한다. 그러나, 아래에 더 기술되는 바와 같이, 각 이동국 수신기(520)는 상이한 세트의 릴레이 스테이션(415)에 결합될 수 있다. 도 7의 간략화된 설명에서, 이동국 수신기(520:1 및 520:2)는 릴레이 스테이션(415:1-4)에 결합되어, 채널(1-4) 상에 수신하는 반면에, 이동국 수신기(520:3)는 릴레이 스테이션(415:2, 5, 6, 7)에 결합되어, 채널(2, 5, 6 및 7) 상에 수신한다.
신호를 수신한 후, 웨이트 매트릭스 V (521)를 통해 적절하다면, 이동국 수신기(520)는 처리 블록(522) 내의 신호를 처리한다. 이용된 송신 방법에 따라, 처리는 디코딩된 데이터의 결합, 접속 디코딩 및 멀티플렉싱의 어떤 조합을 포함할 수 있다. 다수의 수신 신호에 기초하여, 수신기는 피드백을 송신기로 송신할 수 있다. 수신 신호는 분석되고, 피드백은 피드백 모듈(523)에서 준비된다. 본 발명에 따르면, 이동국 수신기(520)로부터의 논리 피드백(550)은 기지국 송신기(510)로 송신되고, 릴레이 스테이션(415)으로 송신되지 않는다.
실제 통신 세션 전에, 바람직하게는, 또한 통신 세션 중에, 이동국(420)은, 소프트 결합으로서 지칭되는 프로세스에서 릴레이 스테이션(415)에 대응하는 한 세트의 릴레이 채널(530)을 선택한다. 아래에 더 기술되는 프로세스는, 예컨대, 이동국에서 실행되는 의도된 애플리케이션을 위한 대역폭 요구 조건의 분석 및 릴레이 채널의 품질 평가를 포함한다. 이동국(520)의 수신기(520)를 포함하거나 그에 접속한 RS 선택 모듈(523)은 소프트 결합의 프로세스를 처리한다.
이 피드백에 기초하여, 송신기는, 안테나 웨이트, 변조 및 코딩, 송신 전력을 포함하는 각종 송신 파라미터의 변화에 응답할 수 있다. 특히, 송신기는 순시 채널 품질 상태에 기초하여 데이터를 송신할 어느 릴레이 스테이션(415)을 적절히 결정을 결정할 수 있다. 이런 식으로, 유용한 다수의 사용자 다이버시티 이득이 릴레이에 의해 제공된 이득과 관련하여 제공될 수 있다. 송신기가, 예컨대, 송신할 데이터가 없는 것으로 인해 조용하면, 송신기 관련 릴레이는 전송을 정지할 수 있다. 논리 피드백(550)은, 송신기(510)에 포함된 송신 파라미터 모듈(514)에서 송신기(510)에 의해 수신되어 처리된다. 하나 이상의 릴레이 스테이션의 사용에 관한 다수의 수신기(520)로부터의 아마 충돌하는 요구는 최적화 모듈(515)에서 해결된다. 최적화의 결과는 송신 파라미터 모듈(514)로 출력된다. 본 발명은, 예컨대, 릴레이 스테이션(415)과 이동국(420) 간 또는 상이한 릴레이 스테이션(415) 간의 다른 제어 신호의 존재를 배제하지 않음을 알 수 있다. 그러나, 본 발명은 제어 메카니즘의 주요 부분으로서 논리 피드백(550)을 제공한다.
상술한 본 발명에 따른 모듈 및 블록은, 기지국 또는 이동국의 기능적 부분으로 간주되며, 반드시 스스로 물리적 객체로 간주되지 않는다. 모듈 및 블록은 본 발명에 따른 방법을 달성하는데 적합하도록 소프트웨어 코드 수단으로서 구현되는 것이 바람직하다. 용어 "포함하는" 및 "접속된"은 여기서 기능적 부분 간의 링크로서 해석되며, 반드시 물리적 접속으로 해석되지 않는다. 송신기(520)의 기능성의 부분, 예컨대, 최적화 모듈(515)은, 예컨대, RNC에서 무선 네트워크의 다른 노드에 포함되는 것으로 이해된다.
본 발명에 따른 기본적 방법은 도 8의 흐름도에 도시된다. 이 방법에 대한 필요 조건으로서, 릴레이 스테이션(415)은, 인접한 릴레이 스테이션의 채널(530) 간에 실질적 오버랩이 존재하고, 오버랩 채널이 본질적으로 직교하도록 구성된다는 것이다. 이 방법은 다음의 단계를 포함한다:
805: 각 이동국(420)은, 관련된 릴레이 스테이션의 개별 세트를 선택함으로써, 바람직하게는 다수의 릴레이 스테이션에 내부 결합을 행한다. 소프트 결합으로서 지칭되는 프로세스는 각 이동국(420)에서 내부적으로 실행된다. 이 결합은, 예컨대, 릴레이 스테이션, 또는 통신 세션이 통신 채널 상의 측정 또는 품질 평가에 관해 진행 중일 경우, 또는 위치 설정 기능과 같은 다른 수단에 의해 송신되는 파일럿(비컨)에 관한 측정에 기초할 수 있다. 파일럿은 선택적으로 기지국으로부터 발신하여, 릴레이에 의해서만 전송되며, 즉, 전체 송신 수신기 경로를 특징으로 할 수 있음에 주목한다.
810: 기지국(410)은 송신을 릴레이 스테이션(415)에 적응시킨다. 기지국(410)은 릴레이 스테이션(415)을 통해 각 이동국(420)에 송신하기 위한 송신 파라미터를 결정한다. 이 파라미터는 웨이트, 송신 전력 및 변조와 코딩을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는, 기지국은, 즉, 송신 시에 제공된 순시 채널 품질 상태 및 다른 피크 기회 및 상태에 기초하여, 데이터를 송신할 어느 릴레이 스테이션(415) 및 송신을 어떤 것을 적절히 결정한다. 이 결정 프로세스는 다수의 이동국으로부터 무선 자원 및 잠재적으로 충돌하는 요구에 대해 최적화하는 것을 포함한다.
815: 기지국 송신기(510)는, 이전의 단계(810)에서, 아마 웨이트 매트릭스 U (512)를 경유하고 나서 후속하여 다수의 송신 안테나(513)를 통해 결정되는 송신 파라미터를 이용하여 데이터 스트림을 송신한다.
820: 릴레이 스테이션(415)은 수신 신호를 전송한다. 채널, 신호 이득 인수 및 코딩과 같은 릴레이 송신 파라미터는 통상적으로 진행중인 세션을 변경하지 않는다. 선택적으로, 릴레이는 수신 신호를 디코딩하거나, 다른 방식으로, 신호를 전송하기 전에 신호 충실도를 개선하려고 할 수 있다.
825: 이동국의 수신기(520)는, 웨이트 매트릭스 V (540)를 통해 적절할 경우에 신호를 수신하여 신호를 처리한다.
830: 이동국의 수신기(520)는 수신 신호에 대한 하나 이상의 품질 측정을 결정한다. 이 품질 측정은, 신호 대 잡음비 SNR, 비트 에러율 BER, 프레임 에러율 FER 및 이들의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
835: 이동국의 수신기(520)는 논리 피드백(550)을 통해 소프트 결합 릴레이 스테이션의 선택 및 품질 측정을 기지국의 송신기(510)로 피드백한다. 기지국의 송신기는 파라미터 선택 단계(810)에서 이 품질 측정을 이용한다.
통신이 확립 상태에 있으면, 프로세스는 소프트 결합 단계(805)로부터 피드백 단계(835)로 직접 진행할 수 있다.
단계(805-835)는 무선 환경에서의 변화에 적응하기 위해 통신 세션 중에 반복되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 논리 구조 및 방법은 협동 릴레이 네트워크의 복잡성을 감소시켜, 무선 인터페이스를 통한 제어 신호의 량을 감소시킬 수 있게 한다. 진행중인 통신 세션 중에 필요한 제어 기능성 및 최적화는 주로 기지국 또는 RNC와 같은 접속 노드에서 실행할 수 있다. 이에 의해, 이 시스템은 2 이상의 이동국(420)으로부 터의 충돌하는 요구를 더욱 잘 극복할 수 있고, 무선 자원을 이용하여 릴레이 스테이션 간에 잠재적으로 무익한 최적화 시도의 위험이 회피된다. 최적화는 송신을 릴레이 스테이션(415)에 적응시키는 기지국(405)의 단계 중에 실행되는 것이 바람직하며, 다음의 보조 단계를 포함한다:
810:1: 기지국은, 피드백에 주어진 정보에서 릴레이 스테이션(415)의 사용에 관한 상이한 이동국(420)으로부터 충돌하는 요구를 식별한다. 이동국(420)은 동일한 릴레이 스테이션에 대한 소프트 결합을 갖는다.
810:2: 기지국은 충돌하는 요구를 해결하기 위한 최적화 프로세스를 실증한다. 다수의 공지된 최적화 접근법, 예컨대, 시뮬레이션 어닐링(simulated annealing)이 이용될 수 있다.
810:3: 송신을 각각의 릴레이 스테이션(415)에 적응시킬 시에, 기지국(420)은 최적화 프로세스의 결과를 고려한다.
상술한 바와 같이, 무선 자원의 효율적인 사용과 협력하여 제한된 제어 신호를 용이하게 하기 위해, 많은 기능 또는 특징은 상기에서 식별되어, 다음에서 더욱 광범하게 기술되고 예시될 것이다. 이 특징은 다음을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다:
- 오버랩 커버리지 영역에 대한 릴레이 조직;
- 릴레이 채널에 대한 소프트 결합;
- 릴레이에서 전송;
- 수신기 대 송신기 논리 피드백;
- 수신기에서의 통신 기법 및 디코딩.
오버랩 커버리지 영역에 대한 릴레이 조직
릴레이 스테이션(415)의 오버랩 커버리지 영역은 본 발명에 따라 무선 자원의 효율적인 사용을 위한 필요 조건이다. 오버랩 커버리지는 도 9, 10 및 11에 도시된 바와 같이 여러 방식으로 달성될 수 있다. 도 9는 릴레이가 분산되고, 채널 및 송신 범위와 같은 릴레이 자원이 구성되는 방법을 개략적으로 도시한다. 여기서, 릴레이 스테이션은 램프 극(lamp pole)에 예시적으로 부착된다. 실질적으로 직교 채널에 대한 릴레이 커버리지는 오버랩하는 것으로 나타난다. 또한 채널이 채널 q와 같은 셀 내에서 수회 재사용될 수 있는 것으로 나타난다. 채널은 물론 또한 셀 간에 공간적으로 재사용될 수 있다.
상이한 구성 원리는 도 10 및 11에 도시된다. 토폴로지 A, 도 10에서, 릴레이 스테이션(415)은, 예컨대 육각형 패턴으로 확산되지만, 적어도 가장 근접한 이웃 및 바람직하게는 다음으로 가장 근접한 이웃과 일치하는 각 릴레이 스테이션의 커버리지의 상당한 범위까지 확산된다. 토폴로지 B, 도 11에서, 릴레이 스테이션(415)은, 릴레이 클러스터(1105)에서 그룹화되어, 한 클러스터(1105)에 속하는 개별 릴레이 스테이션(415)에 거의 동일한 커버리지를 제공한다. 토폴로지 B에 비해 토폴로지 A의 이점은, 릴레이 링크의 품질이 일반적으로 릴레이의 접근성 때문에 더 좋다는 것이다. 그러나, 토폴로지 B는 릴레이의 클러스터가 동일한 수의 안테나를 가진 단일 릴레이 엔티티로 대체될 수 있는 이점을 갖는다. 그리고 나서, 이 안테나는 케이블, 광섬유 또는 단거리 무선 링크에 의해 접속될 수 있다. 구현 된 네트워크는 통상적으로, 실생활 토폴로지(real life topology), 경제 등을 고려할 시에 토폴로지 A 및 B의 양방의 혼합일 수 있다.
무선 네트워크의 효율적인 구현을 제공하기 위해, 릴레이 스테이션(415)의 자기 조직(self-organization)이 제공되는 것이 바람직하다. 릴레이는, 상이한 릴레이로부터의 실질적 직교 채널이 공간적으로 오버랩하도록 스스로 조직해야 한다. 이것은, 주로 신호 이득 인수 및 채널의 조합을 선택함으로써 달성된다. 선택적인 것은 릴레이 송신 전력을 선택하는 것이다. 그러나, 송신 전력을 선택할 경우, 입력 신호가 약하거나, 잡음 있는 신호가 전송되는 것을 명백히 액셉트할 시에 잡음을 분산하는데 조심하지 않아도 된다. 자기 조직은, 예컨대, 네트워크가 개시될 시, 새로운 노드가 네트워크에 삽입될 시, 릴레이 노드가 부족할 시, 또는 무선 환경이, 예컨대 새로운 빌딩에 의해 영구적으로 변화될 경우에 생성할 수 있다. 그러나, 사용자와의 이전의 통신의 장기간 통계(long-term statistics)에 기초하여, 송신기는, 신호 이득 인수를 증대하거나 채널을 변경하는 것과 같이 실행할 릴레이에 대한 어떤 동작을 제시할 수 있다. 이런 선택의 경우, 릴레이 파라미터는 특정 사용자에 적응할 진행중인 세션에 응답하여 변경되지 않음에 주목한다. 그것은 오히려 저속 시간에 기초하여 동작하는 적응 셀 계획(planning)으로서 보여질 수 있다.
각 릴레이 스테이션의 경우, 커버리지 영역은, 사고 확률(outage probability)이 미리 정해진 임계 보다 작은 영역으로서 정의될 수 있으며, 이 임계는 적당한 스펙트럼 효율이 통신 상태에서 달성되도록 설정된다. 경험적으로, 바람직하게는, 적어도 0.1 b/Hz/s의 스펙트럼 효율이 가능해진다. 커버리지 영역을 정의하자면, 커버리지 영역은, 릴레이 스테이션이 최소 커버리지를 가진 적어도 릴레이 스테이션의 중요한 부분(significant fraction)인 공통 영역을 커버할 시에 2개의 릴레이 스테이션의 오버랩 커버리지 영역을 정의할 수 있다. 중요한 부분의 정도는 바람직하게는 최소 셀 커버리지 영역의 10% 이상, 더욱 바람직하게는 20% 이상이다.
자기 조직을 위한 적절한 알고리즘이 수개의 방식으로 구성될 수 있다. 다음에는, 2개의 원리적 알고리즘, 릴레이 파라미터 조직의 중앙 집중 및 분산 버전이 기술될 것이다.
중앙 집중 동작:
기본적 동작은 도 12의 흐름도에 나타나 있다. 간략화를 위해, 릴레이 시스템이 최초에 시동된다고 한다. 먼저, 릴레이가 단계(1205)에서 개시되고, 각 릴레이 스테이션(415)은 단계(1210)에서 어느 릴레이 이웃이 이용 가능한 지를 검출함으로써 개시한다. 이것을 행할 시에, 경로 손실 정보(및 선택적으로 위치 정보)가 이웃한 릴레이 스테이션으로부터 수집될 수 있다. 다음 단계(1215)에서, 릴레이 스테이션은 수집된 데이터를 하나 이상의 기지국(410)에 책임이 있는 중앙 엔티티에 보고한다. 그 후, 단계(1220)에서, 중앙 엔티티는, 신호 이득 인수 및 채널 할당 및, 또한 수신하여 관련할 어느 기지국(410)에 대한 릴레이 구성을 결정한다. 그리고 나서, 릴레이 스테이션은, 결정된 파라미터에 기초하여 갱신되어, 단계(1225)에서, 기지국으로부터 수신된 전송 신호를 개시하도록 활성화된다.
이 알고리즘이 중앙 집중될 시에, 릴레이 스테이션의 수뿐만 아니라 채널의 수가 크지 않을 경우에 릴레이 채널의 철저한 서치(exhaustive search)가 실행된다. 그렇지 않으면, 중앙 집중 발견적(heuristic) 동적 채널 할당 기법이 이용된다. 오프라인 계산이 중앙 집중 케이스에 이용될 수 있어, 복잡성은 주요 장애물(hurdle)이 되지 않는다. 새로운 릴레이 노드가 네트워크에 도입되거나, 릴레이 노드가 실패(fail)하면, 새로운 릴레이 구성 파라미터가 결정되어 릴레이에 설정될 수 있다. 그래서, 릴레이 이웃 발견(discovery) 프로세스는, 전송하는 단계가 일어날 시에도 연속적으로 동작할 수 있는 어떤 것이다. 바람직하게는, 릴레이 대 릴레이 통신은 사용자 데이터를 간섭하지 않는 채널에서 일어난다.
분산 동작:
선택적으로, 분산 채널 및 신호 이득 인수 할당 기법이 실행될 수 있다. 이것은, 통상적으로 중앙 집중 버전과 같이 최적의 솔루션을 제공하지 않지만, 이웃 관련 정보를 어떤 중앙 엔티티에 어떤 보고를 필요로 하지 않는 이점을 가질 것이다. 다소 복잡한 많은 상이한 알고리즘이 계획될 수 있다. 분산 동작은, 도 13의 흐름도로 도시되는 매우 간단한 기법으로 예시될 것이다. 단계(1305)에서, 시스템의 개시 후에, 릴레이 스테이션은 (중앙 집중 케이스와 유사하게) 단계(1310)에서 이들의 이웃을 발견한다. 그렇게 행할 시에, 릴레이 간에 경로 손실이 추정될 수 있다. 이 경로 손실 및, 송신기로부터의 신호 품질에 기초하여, 단계(1315)에서, 신호 이득 인수가 결정된다. 적용되는 하나의 규칙으로서, 적어도 N의 이웃이 도달되지만, 릴레이 스테이션의 가능 수를 제한하는 상위 송신 전력 제약(upper transmit power constraint)으로 도달되어야 한다는 것이다. 기지국으로의 송신, 즉, 셀룰러 업링크(UL)의 경우, 신호 이득 인수는 또한 선택된 기지국에 대한 링크 품질의 응답 시에 설정되어야 한다.
단계(1320)에서, 임시(tentative) 채널이 임의로 선택된다. 그 후, 단계(1325)에서, 선택된 채널은 N 선택된 릴레이 스테이션으로 송신된다. 마찬가지로, 단계(1330)에서, 각 릴레이 스테이션은 이용 중인 어느 채널 상에서 인접한 릴레이로부터 정보를 수신한다. 각 릴레이 스테이션은 선택된 임시 채널의 세트를 조사하여, 각 채널에 대응하는 채널 재할당 확률을 지정한다. 릴레이 스테이션이 특정 채널, 즉 다른 상대적인 채널의 상대적 고주파 선택을 생각하면, 그것은 결과적으로 이 채널에 고 재할당 확률이 지정될 것이다. 이 재할당 확률 (또는 재할당 확률 벡터)은 단계(1340)에서 이웃으로 분산된다. 하나 이상의 재할당 확률 벡터를 수신하면, 이것은 구(old) 채널을 임의로 포기하도록 각 릴레이 스테이션을 안내한다. 이는 또한 새로운 채널의 선택을 안내할 바람직한 채널 확률 벡터를 포함하여, 이전에 적재되지 않거나 적게 적재된 채널이 선택되는 확률을 높일 수 있다. 이것은, 단계(1335)에서, 최적화 기준이 충족되거나, 반복 수와 같은 다른 구분 문자(delimiter)가 최대 임계를 초과할 때까지 계속한다. 최적화 기준은, 예컨대, 모든 채널이 다소의 품질에 이용되도록 채널의 이용을 분산하기 위해 노력할 수 있다. 하나의 간단한 방법은 변동을 최소화하려고 하고, 이 변동이 다수의 반복을 통해 상당히 변화하지 않을 경우에 반복을 정지한다는 것이다.
확률적 접근법이 여기서 이용될지라도, 릴레이 스테이션이 하나의 채널에서 다른 채널로 이동하기 위해 다른 릴레이 스테이션을 권고하는 더욱 결정적인 접근 법이 또한 이용될 수 있다. 더욱이, 송신 전력은 분산 방식의 채널과 함께 공동으로 지정될 수 있다.
상술한 주요 방법 외에, 본 기술 분야에 공지된 많은 다른 분산 채널 할당 방법이 커버리지 영역이 이용 가능하며, 이는 노드 중에 오버랩할 수 있는 부가적인 원하는 특징을 가지고 있다. 그것은 동일한 채널이 다수의 릴레이에 의해 이용될 경우에 지극히 중요하지 않으며, 그것은 단지 SNR이 보통의 의미에서 약간 증가한다는 것을 의미한다. MIMO 시나리오에 대해, 신호 처리는 수신기에 일어나며, 다수의 릴레이에 의해 동일한 채널을 이용하는 것이 수신기 관점에서는 명백하다. 그러나, 성능 관점에서는, 어떤 주어진 위치에서 가능한 많은 이용 가능한 채널을 이용하는 것이 바람직하다.
릴레이 채널에 대한 소프트 결합
본 발명의 특징은, 능동적 세션을 가진 이동국(420)이 바람직하게는 다수의 릴레이 채널에 대한 소프트 수신기 내부 결합을 실행한다는 것이다. 이동국(420)이 오버랩 릴레이 채널을 가진 영역을 통해 횡단하면, 소프트 결합이 갱신된다. 도 8의 흐름도의 단계(805)에 포함되는 소프트 결합은, 이동국의 현재의 위치 및/또는 무선 환경에서, 통신을 위해 적절한 릴레이 스테이션(415)의 세트 또는 릴레이 채널을 선택하는 이동국(420)으로서 보여질 수 있다. 궁극적으로 어느 정도까지 특정 순간에 이용되는 어느 릴레이 스테이션(415)은, 도 8의 흐름도와 관련하여 상술한 바와 같이, 또한 이동국에서 기지국으로의 피드백에 기초하여 기지국(410)에서 실행되는 결정의 결과이다.
이동국(420)은 모든 이용 가능한 채널을 이용하거나, 선택적으로 이들 이용 가능한 채널의 서브세트(subset)를 이용할 수 있다. 이것은, 하드웨어 제한 또는 전력 소비의 고려 때문일 수 있다. 바람직하게는, 이동국은 동적으로 성능을 최대화하는 릴레이 채널의 세트를 선택한다. 특히, 이 채널은, 예컨대, 대역폭(BW) 및/또는 서비스 품질(QoS) 요구 조건에 대해 이용된 애플리케이션에 응답하여 선택될 수 있다. 예컨대, 2개의 채널만이 BW 요구 조건을 충족시키는데 필요한 경우에는, 모든 이용 가능한 채널을 이용하는 것은 의미가 없다. 대신에, 다른 사용자는 채널 없이 이용할 수 있다. 도 14의 흐름도는 수신기 관점에서 이 동작을 도시한 것이며, 여기서, 제 1 단계(1405)에서, 이동국(420)은 릴레이 채널 품질, 예컨대, SNR 또는 BER을 측정한다. 제 2 단계(1410)에서, 이동국(420)은, 예컨대, 현재 또는 미래 애플리케이션에 기초하여 BW 요구 조건을 결정한다. 그리고 나서, 이동국(420)은, 단계(1415)에서, 릴레이 채널의 세트를 선택하며, 즉, 선택된 릴레이 채널에 대한 소프트 결합을 행한다. 품질 측정과 협력하거나 대안으로서, 또한, 선택 프로세스에서, 다른 정보, 예컨대, 릴레이 스테이션(415) 또는 릴레이 스테이션 클러스터(440)와 비교하여 이동국의 위치의 지식이 이용될 수도 있다. 이 프로세스는 변화하는 상태에 적응하기 위해 통신 세션 중에 반복된다.
이동국은, 또한 능동 세션에 있지 않을 동안, 하나의 셀 또는 셀의 부분에 서서 그의 존재를 페이징 등에 나타내기 위해, 릴레이 스테이션에 대한 소프트 결합을 실행할 수 있다. 그러나, 능동 세션에 있지 않거나, 이와 같이 확립하는 프로세스에 있다면, 채널 품질 측정은 보고될 필요가 없다. 능동 세션이 일어나기 전에 는 기지국이 어떤 최적화를 실행하지 않는다. 소프트 결합 프로세스는, 이동국이 능동 세션에 있지 않을 동안, 이동국이 능동 세션에 있을 시에 비해 덜 빈번하게 실행되는 것이 바람직하다.
릴레이에서 전송
릴레이는 송신기로부터 수신되는 어떤 신호를 전송한다. 릴레이 스테이션을 포함하는 네트워크는 수신 신호를 전송하기 위한 최소 필요한 SNR에 대한 임계 기준을 이용할 수 있다. 이런 식으로, 잡음 있는 신호의 전송은 완화될 수 있다.
송신기는 또한 어떤 데이터도 송신되지 않을 것임을 신호를 보내어, 데이터가 새롭게 송신될 때까지 릴레이로부터의 전송은 중지할 수 있다.
릴레이 스테이션은 또한 각종 공지된 인코딩 방법을 포함할 수 있다. 예컨대, 신호는, 의사 주파수 선택도(artificial frequency selectivity)를 유도하기 충분한 임의 적은 시간(random small time)만큼 지연될 수 있다(이것은 지연 다이버시티로서 공지되어 있다). 다른 선택 사항은 Alamouti 다이버시티와 같은 공간-시간 코딩 기법을 이용하는 것이다. 여기서, 릴레이는, Alamouti 송신 다이버시티 인코딩이 실행되는, part A 및 part B라 하는 2개의 데이터 유닛을 수신한다. 개시를 위해, 릴레이는 Alamouti 다이버시티에서 안테나 중 하나의 역할을 맡는다. 그것이 안테나 1의 역할을 맡으면, 그것은 part A 및 part B의 결합된 버전을 송신한다. 대신에, 릴레이가 안테나 2의 역할을 맡으면, 그것은 먼저 part B를 송신하고 나서, part A의 부정된(negated) 및 결합된 버전을 송신한다. 다른 타입의 공간-시간 코딩 방법이 또한 이용될 수 있다. 전송 시에 이용되는 어떤 파라미터는 사용자 가 릴레이에 의해 전송되는 신호를 현재 이용하는 것에는 의존하지 않음이 강조되어야 한다.
수신기 대 송신기 피드백
상술한 바와 같이, 하나 이상의 이동국(420)은 정보를 기지국(410)의 송신기로 피드백하여, 송신기가 그의 송신 파라미터를 적응시킬 수 있다.
피드백 정보는 링크 제어 메카니즘이 존재하는 송신 기술에 의존하는 상이한 타입의 정보일 수 있다. 수신기가 링크 제어의 중요 부분을 가진다면, 이동국(420)은, 송신기에 대해 코딩 및 변조 기법을 포함하는 링크 모드를 결정할 수 있다. 이동국(420)이 또한 송신기가 이용하는 어느 송신 웨이트를 결정할 수 있다. 송신기 웨이트는 특히 MIMO 케이스에 관련되어 있지만, 또한 빔 형성에 관련하여 이용될 수 있다. 선택적으로, 이동국(420)은, (복잡한 채널 이득, 잡음 레벨 또는 통계치, 신호 대 잡음비(SNR) 또는 반송파 대 간섭비(CIR)와 같은) 미가공(raw) 채널 상태 정보를 기지국 송신기(510)로 전송할 수 있고, 송신기는 이용할 어느 송신 파라미터(링크 모드, 송신 웨이트, 송신 전력 등)를 결정한다. 당업자는 알 수 있는 바와 같이, 실제 측정치에서 품질 분류의 더욱 복잡한 표시(denotations)까지의 범위의 상이한 리프리젠테이션(representation)이 피드백에 이용될 수 있다.
다수의 이동국이 통신 링크를 제어하기 위해 정보를 동시에 피드백하면, 기지국 송신기(510)는, 다수의 안테나가 송신기에서 이용 가능할 경우에, 다수의 수신기로 동시에 송신하기 위해 순시적으로 "best" 수신기에 대한 트래픽을 스케줄하기 위해 또는 선택적으로 결정할 수 있다. 특히, 송신기는 적절한 방식으로 사용자 의 특정 페이딩(fading) 채널 변동 또는 간섭 변동에 응답할 수 있다. 이에 관련하여, 바람직하게는, 채널 품질은 다수의 수신기로부터 반환되어 송신기가 중앙 최적화를 행할 수 있다.
원칙적으로, 기지국(410)으로부터의 송신에 영향을 주는 모든 파라미터는 이동국(420)으로부터의 피드백에 대한 응답으로서 동조된다. 그러나, 원하지 않는 결과를 유발시키지 않도록 주의가 요구된다. 예컨대, 기지국의 송신 전력이 원칙적으로 동조될지라도, 결과적으로 릴레이 커버리지 반경을 변동시킬 시에 주요 파라미터가 동조되지 않는 것이 바람직하다. 사실상, 릴레이 스테이션(415)의 신호 이득 인수는 통상적으로 기지국이 상당히 고정된 송신 전력 레벨을 이용하고, 릴레이 전력이 이들의 최대 송신 전력 레벨에 의해 제한된다는 가정하에 설정된다. 그러나, 송신 전력은 때때로, 예컨대, 송신 기지국과 수신 이동국 간에 이용되는 어떤 직접 링크를 관리하기 위해 동조된다.
채널 품질을 측정하기 위해, 상이한 확률이 존재한다. 한 실시예에서, 채널 품질은 기지국(410)에 의해 송신되고, 릴레이 스테이션(415)에 의해 전송되는 하나 이상의 파일럿 상에서 측정되어, 완전한 경로 품질, 즉 이동할 기지국이 추정될 수 있다. 기지국이 다수의 안테나를 구비하면, 다수의 파일럿은, 기지국이 다수의 안테나를 구비할 시에 상이한 안테나 층을 분리하는데 이용될 수 있다. 그래서, 이동국으로부터 측정되고 피드백되는 채널 품질의 보고는 파일럿에 대응한다. 다른 간략화된 실시예에서, 채널 품질은, 릴레이로부터 송신되는 하나 이상의 파일럿 상에서 측정되고, 또한 잠재적으로 기지국 대 릴레이 스테이션 링크의 품질에 관해 각 릴레이로부터의 지시(indication)를 포함한다.
본 발명의 한 선택적인 실시예에 따르면, 단계(835)에서, 이동국(420)의 수신기는, 미가공 채널 데이터 대신에, 바람직한 파라미터를 기지국(410)으로 피드백한다. 바람직한 파라미터는, 링크 모드, 코딩 기법, 변조 기법 및 안테나 송신 웨이트를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 바람직한 파라미터는 각 개별 이동국(420)에 대한 최적 조건(optimum)을 반영한다. 그러나, 기지국 최적화 단계(810:2)에서 기술된 바와 같이, 기지국은, 예컨대, 상이한 이동국으로부터의 충돌하는 요구가 검출되었을 경우에 파라미터에 관한 바람직한 값과 다른 지를 결정할 수 있다.
통신 기법 및 디코딩
수개의 신호 처리 기법은 본 발명에 따른 구조 및 방법에 이용될 수 있다. 예컨대, 다수의 안테나를 가진 기지국(410)은, 다운링크에서, 이동국으로의 MIMO 기반 통신을 이용할 수 있다. MIMO의 이득은, 다이버시티를 제공하는 것 외에, 또한 상당한 고 스펙터럼 효율을 산출하는 공간 멀티플렉싱을 제공하기 위해 동조될 수 있다는 것이다. 선택적으로, 기지국(410)이 하나의 안테나만을 이용하면, 이동국(420)으로의 통신은 유효 SIMO (Single Input Multiple Output) 채널로 퇴화한다. 그럴지라도, 이동국(420)의 수신기는 최대비 합성법(maximum ratio combining)(MRC) 또는 간섭 제거 합성법(interference rejection combining)(IRC)을 통해 수신 신호를 조합할 수 있다. 릴레이 스테이션이 전송된 신호에 (Alamouti transmit diversity와 같은) 어떤 공간-시간 코딩(STC) 방법을 부과하면, 수신기는 이를 디코딩 시에 고려할 필요가 있다. 지연 다이버시티에 의해, 수신기는 바로 "extra" 주파수 선택 채널을 본다.
MIMO 디코딩
MIMO 기반 통신은, 이점으로 본 발명과 함께 이용되는 통신 기법의 일례이다. 본 발명에 따른 구조 및 방법을 이용하는 MIMO 구현에서, 기지국(410)의 송신기는 채널 매트릭스 H를 통해 벡터 T를 송신하며, 여기서, 각 행(row)은 동일한 전송 릴레이 채널을 이용하는 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 대응하고, 채널 매트릭스에 다수의 행이 존재하는 만큼 많은 전송 릴레이 채널이 존재한다. 각 릴레이 스테이션(415)은, 여기서 잡음 벡터 N에 대응하는 잡음을 가산한다. 후속하여, 각 릴레이 스테이션(415)은 유용한 신호(즉, 신호 벡터 T의 중첩(superposition))를 미리 정해진 신호 이득 인수와 승산한다. 선택적으로, 릴레이 스테이션은, 신호 전력 및 잡음 전력을 포함하는 전체 출력 전력이 특정 릴레이 스테이션에서 설정된 최대 전력 레벨을 초과하지 않게 한다. 그 후, 송신된 신호는 릴레이 스테이션과 수신기 간의 경로 손실에 의해 감쇠된다. 신호 이득 인수 및 감쇠는 대각(diagonal) 매트릭스 A로 조합될 수 있다. 그리고 나서, 수신기는 릴레이로부터 수신되는 신호에 잡음 벡터 N을 가산한다. 통신 링크는 다음과 같이 모델링될 수 있다:
R = Aㆍ(HㆍT + N) + W 식 1
기지국(410)과 이동국(420) 간의 직접 링크가 이용되면, 이것은 또한 상기 매트릭스 공식에 직접적으로 포함될 수 있다.
상기 식의 시스템은, 예컨대, 전형적인 MIMO 기반 통신에 공지된 것과 유사한 매트릭스 AㆍH 상의 특이값 분해(singular value decomposition) MIMO 접근법을 이용함으로써 대각화(diagonalize)될 수 있다. 그러나, 본 발명의 매트릭스 공식은 형식 R = HㆍT + W을 갖는 전통적인 MIMO 시스템의 선형 방정식 시스템 공식과 상이하다. SVD 기반 MIMO를 가진 본 발명의 경우, 그것은, 송신기가 유니타리(unitary) 웨이트 매트릭스 U를 적용하고, 수신기가 유니타리 웨이트 매트릭스 V의 Hermitian와 승산한다는 것을 의미한다. 대각화에 의해, 수신기가 실질적으로 자기 간섭이 없는 많은 병렬 MIMO 서브채널을 직접 수신하게 된다.
도 5에서와 같이, 다수의 안테나를 가진 이동국의 경우, MMSE 및 단일 사용자 검출 (SUD), 다수의 사용자 검출 (MUD)(예컨대, 연속 간섭 소거(Successive Interference Cancellation) 또는 병렬 간섭 소거(Parallel Interference Cancellation)에 의해 예시됨)과 같은 공지된 방법을 포함하는 합성 및 디코딩 기법의 여러 형식이 이용될 수 있다.
상술한 대부분의 실시예에서, 릴레이 스테이션(415)은 무지향성 안테나를 구비하는 것으로 파악되었다. 그러나, 선택된 기지국으로 지향될 수 있는 지향성 안테나를 이용하는 것이 유리할 수 있다. 지향성 안테나를 제공하면, 당업자에게는, 고정된 빔 형성 또는 적응 안테나를 포함하는 지향성 안테나가 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 적응 안테나의 경우, 기지국으로부터의 다운링크에 대해, 반송파 대 간섭비를 최대화하기 위해 수신 안테나 웨이트를 간단히 설정함으로써, 바람직하게는 또한 원하지 않는 간섭을 억압함으로써, 빔 형성이 릴레이 스테이션에 의해 달 성될 수 있다.
릴레이 스테이션은 또한 이점으로 다수의 안테나를 구비할 수 있다. 이 경우에, MMSE 및 단일 사용자 검출 (SUD), 다수의 사용자 검출 (MUD)(연속 간섭 소거(Successive Interference Cancellation) 또는 병렬 간섭 소거(Parallel Interference Cancellation)에 의해 예시됨)과 같은 어떤 공지된 방법을 포함하는 합성 및 디코딩 기법의 여러 형식이 이용될 수 있다. 그 목적은 신호 품질이 신호를 전송하기 전에 릴레이에서 향상될 수 있게 하는 것이다.
릴레이 채널에 대한 선택적인 실시예는 허가되지 않은(unlicensed) 주파수 대역에 의해 제공되는 큰 대역폭을 이용하는 것이다. 이것은 특히 MIMO 시나리오를 고려할 시에 유리하며, 여기서, 릴레이에서 수신기까지의 제 2 링크가 제 1 링크에서보다 상당히 큰 BW를 이용할 수 있다.
기지국(410)에 의해 제공된 용량을 증진하기 위해, 기지국(또는 BS 사이트)은 다수의 섹터를 지원할 수 있다. 그리고 나서, 각 섹터는 본 발명에 따라 여러 릴레이를 이용할 것이다.
본 발명은 어떤 특정 변조 기법으로 제한되지 않는다. 3GPP에 지정된 것과 같이 일반적으로 이용된 변조가 이용될 수 있다. 직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; OFDM)과 같은 다반송파 변조 기법이 또한 이용될 수 있다.
본 발명은 다운링크 시나리오에서 명료하게 기술되고 예시되었다. 발명의 방법 및 논리 구조는 다운링크와 유사한 방식으로 업링크(UL) 송신을 위해 동등하게 이용될 수 있다. 업링크에서, 릴레이 스테이션(415)은, SNR이 최소 임계 레벨을 초과할 시에만 신호를 송신하거나, 저 SNR로 신호를 송신하는 것이 바람직하다. 또한, UL 동작에 대한 릴레이 스테이션의 전력은 DL에 비해 상이하게 설정되고, 송신이 수신기에서 간섭 및 잡음 특성을 고려하는 원하는 신호 품질로 의도된 수신기, 즉 기지국(410)에 도달하도록 설정된다. 릴레이 커버리지 오버랩은, UL 케이스에서, 송신에 관계하는 것이 아니라, 이동국 측으로부터의 수신에 관계한다. 바람직하게는, 채널 할당은, 송신의 경우와 동일하고, 도 14를 참조로 기술된 알고리즘에 의해 결정될 수 있다. 송신 이동국(420)은 또한 상이한 채널 상에서 상이한 송신 전력을 원할 수 있다. 이것은, 링크 품질을 기초하여 기지국(410)(즉, 수신기)으로부터 피드백을 제공함으로써 제어될 수 있다. 단일 안테나를 가지고, 상이한 릴레이 채널을 통해 송신하는 (송신기로서의) 이동국(420)에 의한 시나리오는 도 15에 도시된다. 또한, 송신 이동국 릴레이에서 다수의 안테나를 가진 더욱 복잡한 시나리오가 도 5를 참조하여 행해진 설명과 유사하게 전개될 수 있다. 또한, 도 6과 유사하게, 데이터를 단일 기지국으로 송신하는 다수의 이동국의 송신기는 본 발명의 범주 내에서 가능하다.
도면 및 명세서에서, 본 발명의 통상의 바람직한 실시예가 개시되었고, 특정 용어가 이용되었지만, 이들 용어는 일반적이고 설명을 위해 이용되고, 제한을 위해 이용되지 않으며, 본 발명의 범주는 다음의 청구범위에서 설명된다.
참조 문헌
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Claims (30)

  1. 2홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 실행하는 방법으로서, 기지국(410), 하나 이상의 이동국(420) 및 다수의 릴레이 스테이션(415; 415:6-415:9, 도 4)은 통신 세션을 확립할 시 또는 확립 중에 관계되며, 릴레이 스테이션(415)은 신호를 기지국(410)에서 하나 이상의 이동국(420)으로 전송하며, 상기 다수의 릴레이 스테이션(415:6-415:9, 도 4)은 적어도 부분적 오버랩 커버리지를 갖는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법에 있어서,
    상기 하나 이상의 이동국(420)에 의해, 상기 다수의 릴레이 스테이션(415:6-415:9)으로부터 릴레이 채널의 세트를 내부적으로 선택함으로써 상기 다수의 릴레이 스테이션(415)에 대한 소프트 결합을 확립하는 단계(805)로서, 상기 릴레이 스테이션(415)에 결합된 상기 릴레이 채널의 세트는 통신 세션에 이용하기 위한 후보(candidate)인, 상기 소프트 결합을 확립하는 단계(805),
    통신 세션 중에, 통신 품질에 관한 정보를 하나 이상의 이동국(420)으로부터 기지국(410)으로 피드백하는 단계(835, 도 8) 및,
    상기 기지국(410)에서, 상기 하나 이상의 이동국으로부터의 상기 통신 품질 피드백에 응답하여, 상기 이동국(420)이 소프트 결합을 갖는 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 송신을 적응시키는 단계(810)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    특정 이동국에 대해, 상기 선택 단계(805)는,
    상기 이동국(420)이 릴레이 클러스터(440)의 상기 다수의 릴레이 스테이션(415)의 릴레이 채널 품질을 측정하는 단계(1405)를 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정 단계(1405)에서, 상기 이동국은 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 의해 송신된 파일럿 상에서 측정하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 측정 단계(1405)에서, 상기 이동국은 상기 기지국(410)에 의해 송신되고, 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 의해 전송되는 파일럿 상에서 측정하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택 단계(805)는,
    상기 이동국(420)이 상기 이동국에서 실행되는 현재의 애플리케이션 또는 예상된 미래 애플리케이션에 기초하여 대역폭 요구 조건을 결정하는 단계(1410)를 더 포함하는데, 상기 선택은 상기 릴레이 채널 품질 측정과 상기 대역폭 요구 조건의 양방에 기초하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택 단계(805)는 무선 환경에서 변화하는 상태에 적응하기 위해 통신 세션 중에 반복되는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 이동국(420)은, 통신 세션 중에, 통신 품질에 관한 정보를 기지국(410)으로 피드백하는 단계(835) 및,
    상기 기지국(410)은, 하나 이상의 이동국으로부터의 통신 품질 피드백에 응답하여, 상기 이동국(420)이 소프트 결합을 갖는 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 송신을 더 적응시키는 단계(810)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기지국이 송신을 적응시키는 단계(810)는, 상기 기지국(410)에 의해 실행되는 다음의 단계:
    하나 이상의 릴레이 스테이션(415)의 사용에 관해, 하나 이상의 동일한 릴레이 스테이션(415)에 대한 소프트 결합을 갖는 2 이상의 이동국(420)으로부터의 충돌하는 요구를 피드백으로부터 식별하는 단계(810:1),
    상기 충돌하는 요구를 해결하기 위한 최적화 프로세스를 개시하는 단계(810:2),
    상기 2 이상의 이동국이 소프트 결합을 갖는 릴레이 스테이션으로 송신을 적어도 적응시켜(810:2), 최적화 프로세스의 결과를 고려하는 단계(810:3)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 피드백하는 단계는 상기 이동국이 미가공 채널 상태 정보를 기지국(410)으로 피드백하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 피드백하는 단계는 상기 이동국이 처리된 채널 상태 정보를 기지국(410)으로 피드백하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 피드백하는 단계는 다음의 바람직한 파라미터, 즉, 링크 모드, 코딩 기법, 변조 기법 및 안테나 송신 웨이트 중 어느 하나 또는 어느 조합을 기지국(410)으로 피드백하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    송신기(520)와 릴레이 스테이션(415) 간의 MIMO 기반 통신을 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    기지국(410)의 송신기는 채널 매트릭스 H를 통해 벡터 T를 송신하며, 여기서, 상기 매트릭스 H의 각 행은 동일한 전송 릴레이 채널을 이용하는 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 대응하고, 상기 매트릭스 H는 전송 릴레이 채널과 동일한 수의 행을 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    기지국(410)의 송신기는 채널 매트릭스 H를 통해 벡터 T를 송신하며, 여기서, 상기 매트릭스 H의 각 행은 동일한 전송 릴레이 채널을 이용하는 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 대응하고, 2 이상의 전송 릴레이 채널이 존재하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    기지국(410)의 송신기는 채널 매트릭스 H의 특이값 분해(SVD)를 이용하여, 유니타리 웨이트 매트릭스 (V)의 Hermitian을 이용하여 대각화를 용이하게 하기 위해 유니타리 웨이트 매트릭스 (U)를 출력된 신호에 적용하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    특이값 분해(SVD)가 이용되고, 상기 방법은,
    기지국(410)의 송신기가, 각 행이 동일한 릴레이 채널을 이용하는 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 대응하고, 상기 릴레이 채널의 수가 채널 매트릭스에서의 행의 수와 동일한 채널 매트릭스 H를 통해 벡터 T를 송신하여, 유니타리 웨이트 매트릭스 (U)를 출력된 신호에 적용하는 단계,
    수신기가 수신 신호를 유니타리 웨이트 매트릭스 (V)의 Hermitian와 승산함으로써 대각화를 실행하여, 상기 수신기가 자기 간섭이 없는 하나 이상의 병렬 MIMO 서브채널을 직접 수신할 수 있는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  17. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    통신을 실행하는 방법은 릴레이 스테이션(415)을 구성하는 프로세스에 선행함으로써, 2 이상의 이웃한 릴레이 스테이션(415)의 채널이 본질적으로 직교하고, 2 이상의 이웃한 릴레이 스테이션의 커버리지가 실질적인 오버랩을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    2개의 이웃하는 릴레이 스테이션 간의 오버랩은 최소 커버리지 영역을 나타내는 릴레이 스테이션의 커버리지 영역의 10% 이상인 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신 실행 방법.
  19. 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신용 시스템으로서, 상기 네트워크는 하나 이상의 기지국(410), 하나 이상의 이동국(420) 및 다수의 릴레이 스테이션(415)을 포함하며, 상기 릴레이 스테이션(415)은 신호를 상기 기지국(410)에서 상기 이동국(420)으로 전송하며, 상기 다수의 릴레이 스테이션(415) 중 적어도 일부는, 2 이상의 이웃한 릴레이 스테이션(415)이 실질적으로 오버랩 커버리지를 가지고, 오버랩 커버리지를 가진 릴레이 스테이션(415)의 채널이 본질적으로 직교하도록 구성되는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신용 시스템에 있어서,,
    하나 이상의 이동국(420:1)은 적어도 부분적 오버랩 커버리지를 가진 릴레이 스테이션(415)으로부터 한 세트의 릴레이 스테이션(420)을 선택하여, 기지국(405)과 이동국(420) 간에 통신할 시에 이용할 후보인 다수의 릴레이 스테이션(415)에 대한 소프트 결합을 확립하도록 배치되며,
    상기 시스템은 이동국(420)과 기지국(410) 간의 논리 피드백(550)을 더 포함하는데, 상기 논리 피드백은 릴레이 스테이션(415)으로 송신하기 위한 송신 파라미터를 적응시키도록 기지국(410)에 의해 이용 가능한 정보를 반송하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신용 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    다수의 이동국(420)은 적어도 부분적 오버랩 커버리지를 가진 릴레이 스테이션(415)의 부분으로부터 개별 세트의 릴레이 스테이션을 선택하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신용 시스템.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    통신 세션 중에 릴레이 스테이션(415)에서 실행되는 전송은 본질적으로 이동국(420)과 릴레이 스테이션(415) 간의 제어 신호에 직접적으로 의존하지 않는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신용 시스템.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 논리 피드백은 각 이동국(420)에 대한 소프트 결합된 릴레이 스테이션(415)의 세트 상의 정보를 반송하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크에서의 통신용 시스템.
  23. 2홉 무선 통신 네트워크용 수신기(520)로서, 상기 네트워크는 송신기(510), 수신기(520) 및 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)을 포함하며, 릴레이 스테이션(315)은 신호를 송신기(510)에서 수신기(520)로 전송하는 2홉 무선 통신 네트워크용 수신기에 있어서,
    실질적 오버랩 커버리지를 가진 다수의 릴레이 스테이션(415)으로부터 한 세트의 릴레이 스테이션(425)을 선택하고, 릴레이 채널 품질에 선택의 기초를 두도록 배치되는 선택 수단(524),
    선택된 릴레이에 관한 정보를 송신기(510)로 피드백하는 피드백 수단(523)을 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크용 수신기.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 피드백 수단은 각 릴레이 채널에 대한 미가공 채널 상태 정보를 송신기(510)로 피드백하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크용 수신기.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 피드백 수단은 각 릴레이 채널에 대한 처리된 채널 상태 정보를 송신기(510)로 피드백하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크용 수신기.
  26. 2홉 무선 통신 네트워크용 기지국(410)으로서, 상기 네트워크는 기지국(410), 하나 이상의 이동국(420) 및 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)을 포함하고, 릴레이 스테이션(315)은 신호를 기지국(410)에서 이동국(420)으로 전송하며, 기지국(420)은 이동국으로 송신할 시에 이동국으로부터 피드백을 수신하는 수단을 포함하는 2홉 무선 통신 네트워크용 기지국에 있어서,
    상기 기지국(420)은,
    하나 이상의 릴레이 스테이션(415)의 사용에 관해, 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 대한 소프트 결합을 가진 2 이상의 이동국(420)으로부터 충돌하는 요구를 식별하고, 충돌하는 요구를 해결하는 최적화 프로세스를 실행하는 최적화 수단(515),
    2 이상의 이동국이 소프트 결합을 갖는 릴레이 스테이션으로 적어도 송신하기 위한 송신 파라미터를 결정하여, 최적화 프로세스의 결과를 고려하는 송신 파라미터 적응 수단(514)을 포함하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크용 기지국.
  27. 제 26 항에 있어서,
    기지국(410)의 송신기는 MIMO 기반 통신을 실행하고, 채널 매트릭스 H를 통해 벡터 T를 송신하며, 여기서, 상기 매트릭스 H의 각 행은 동일한 릴레이 채널을 이용하는 하나 이상의 릴레이 스테이션(415)에 대응하고, 상기 릴레이 채널의 수는 상기 채널 매트릭스에서의 행의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크용 기지국.
  28. 제 27 항에 있어서,
    기지국(410)의 송신기는 특이값 분해(SVD)를 이용하여, 유니타리 웨이트 매트릭스 (V)의 Hermitian을 이용하여 대각화를 용이하게 하기 위해 유니타리 웨이트 매트릭스 (U)를 출력된 신호에 적용하는 것을 특징으로 하는 2홉 무선 통신 네트워크용 기지국.
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