KR101199752B1

KR101199752B1 - 복합 무선 통신 시스템 및 그 통신 방법

Info

Publication number: KR101199752B1
Application number: KR1020060056033A
Authority: KR
Inventors: 이연우; 윤상보; 해럴드 하스; 하산 할레드 에스.; 스티븐 맬롤린
Original assignee: 더 유니버시티 코트 오브 더 유니버시티 오브 에딘버그; 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-06-21
Publication date: 2012-11-08
Also published as: EP1763156B1; KR20070029042A; US8126472B2; EP1763156A3; JP4369453B2; JP2007074712A; EP1763156A2; US20070121531A1

Abstract

본 발명은 시분할 듀플렉싱 방식과 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 지원하는 복합 무선 통신 시스템에 있어서, 셀룰라 방식에 근거한 셀룰라 통신 영역을 가지는 기지국과, 상기 셀룰라 통신 영역에 포함되는 복수개의 단말들을 포함하고, 상기 기지국은 사용 가능한 각 주파수 자원을 프레임 단위로 구분하여 통신하고, 각 프레임에 포함되는 스위칭 포인트에서 실시간 서비스 모드와 비실시간 서비스 모드 간의 전환이 수행되도록 하고, 상기 각 프레임마다 상기 실시간 서비스 모드에서는 상기 복수개의 단말들과 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 상기 셀룰라 방식으로 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행하며, 상기 각 프레임마다 상기 비실시간 서비스 모드에서는 상기 시분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 애드 혹 방식으로 상기 복수개의 단말들과 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행한다.

TDD, FDD TDMA, 타임 슬롯, 배타 영역, 셀룰라 시스템, 애드-혹 네트워크

Description

복합 무선 통신 시스템 및 그 통신 방법{HYBRID WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM AND COMMUNICATING METHOD THEREOF}

도 1은 셀룰라 시스템의 기지국에서 데이터 서비스 및 음성 서비스가 제공되는 경우를 설명하기 위한 개념도,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 복합 무선 통신 시스템의 통신 방식에 따른 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 시스템에서 자원의 활용의 일 예를 설명하기 위한 자원 활용 예시도,

도 4a는 도 3과 같이 자원을 할당할 시 TDD 모드의 자원이 위성 셀에 할당되는 방법을 설명하기 위한 도면,

도 4b는 본 발명에 따라 특정 위성 셀에 할당된 주파수 자원이 사용되는 방식을 설명하기 위한 도면,

도 4c는 본 발명에 따른 시스템에서 간섭을 최소화하여 데이터 트래픽을 송신하기 위한 자원 할당 방법을 설명하기 위한 개념도,

도 5는 본 발명에 따른 배타 영역과 전송 영역을 설명하기 위한 개념도,

도 6은 본 발명에 따라 특정 위성 셀의 목적지 단말로 데이터 트래픽이 멀티 홉 방식으로 전송되는 예를 설명하기 위한 도면,

도 7은 본 발명에 따른 시스템에서 중계 노드를 통해 특정 위성 셀의 목적지 노드로 데이터 트래픽이 전송되는 과정을 설명하기 위한 타이밍도,

도 8a는 본 발명에 따른 멀티-홉 방식에 따라 데이터 전송이 이루어지는 경우 거리와 홉간의 관계를 설명하기 위한 도면,

도 8b는 직접 전송이 이루어지는 경우를 가정할 경우 배타 영역의 거리를 나타낸 도면,

도 9는 본 발명에 따른 멀티 홉 방식을 사용하는 경우 홉 수에 따른 재사용 효율의 관계 그래프.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 통신 방법 및 그 통신을 위한 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 무선 통신 시스템은 유선 통신 시스템과 대별되는 것으로, 단말에서 유선의 제약에서 벗어나 통신을 가능케 하는 시스템을 의미한다. 무선 통신 시스템의 대표적인 시스템으로는 음성 서비스를 제공하는 셀룰라 이동통신 시스템이 있다. 상기 셀룰라 이동통신 시스템에서는 부호 분할 다중 접속(CDMA: Code Division Multiple Access) 방법을 사용하여 사용자들을 구분하는 방법이 가장 널리 사용되고 있다. 그러나 셀룰라 이동통신 시스템에서는 단지 CDMA 방식만 사용되지는 않으며, 시간 분할 다중 접속(TDMA: Time Division Multiple Access) 방식 및 주파수 분할 다중 접속(FDMA: Frequency Division Multiple Access) 방식 등이 사용되기도 한다.

이러한 셀룰러 시스템에서도 기술이 발전하면서 음성 서비스뿐 아니라 데이터 서비스를 지원할 수 있는 형태로 발전하였다. 상기 셀룰라 시스템에서 제공되는 데이터 서비스는 저속의 데이터 서비스에서 보다 고속의 데이터 서비스를 제공할 수 있는 방향으로 진행하고 있다. 이를 위해 다양한 방법들, 예를 들어 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 등의 다양한 형태로 발전하고 있다. 이와 같이 현재 및 향후의 무선 통신 시스템에서 중요한 요소는 데이터의 전송률을 증가시키는 것이다. 무선 통신 시스템에서 데이터 전송률을 증가시키기 위해서는 주파수 재사용을 원활히 해야 하며, 송신되는 신호간 간섭(Interference)을 얼마나 잘 조절할 수 있는가가 중요한 쟁점이다.

한편, 무선 통신 시스템은 셀룰라 이동통신 시스템뿐만 아니라 다양한 통신 시스템들이 존재한다. 유선의 랜 시스템에서 확장된 무선 랜 시스템과 특정한 호스트(host) 없이 단말들이 호스트가 되어 통신을 수행하는 애드 혹(ad-hoc) 네트워크 및 직교 주파수 자원을 분할하여 사용하는 와이브로 시스템 등 다양한 무선 통신 시스템이 존재한다. 상기한 각 시스템들은 각각의 무선 통신 방법을 가지고 있으며, 각각의 무선 통신 방법에 따라 시스템이 구분된다. 따라서 시스템의 구분은 실제로 어떠한 무선 통신 방법을 사용하는가에 따라 결정된다.

또한 상기에서 열거한 각 시스템들은 모두 독립적으로 동작한다. 즉, 타 시스템과 연계하여 동작하지 못한다는 문제가 있다. 이와 같이 각각의 시스템들간 연계하지 못하기 때문에 사용자가 서로 다른 시스템들을 사용하기 위해서는 각각의 시스템에 맞는 단말들을 별도로 구매하여 사용해야만 한다. 이는 사용자들에게 가 격적인 부담 및 서로 다른 단말의 이용 등으로 인하여 매우 불편함이 많다.

상기한 문제를 해결하기 위해 일부에서 서로 다른 시스템들간에도 사용이 가능한 단말 및 이를 위한 서비스 제공 방법들이 제시되고 있다. 이러한 단말들은 서로 다른 시스템간을 이동할 경우 핸드오버 등을 제공하는 방법들에 대하여 논의가 이루어지고 있는 실정이다.

다른 한편, 미래의 무선 통신 시스템은 유비쿼터스(Ubiquitous)화를 지향하고 있다. 유비쿼터스화가 이루어지면, 가정 및 자동차는 물론, 심지어 산꼭대기에서도 정보기술을 활용할 수 있고, 네트워크에 연결되는 컴퓨터 사용자의 수도 늘어나 정보기술산업의 규모와 범위도 그만큼 커지게 된다. 이와 같이 유비쿼터스화를 달성하기 위해서는 서로 다른 네트워크간의 통신이 이루어져야 한다. 즉, 현재의 셀룰라 이동통신 시스템과 그 밖의 다른 무선 통신 시스템들간 연계가 이루어져야만 가능한 일이다.

그러나, 앞에서 살핀 바와 같이 현재까지는 서로 다른 무선 통신 시스템들간 연계하여 통신을 수행하기 위한 방법이 개발되거나 개시되어 있지 않다. 따라서 미래의 통신 방법인 유비쿼터스화를 위해서는 복합적 무선 통신 시스템의 개발이 요구된다. 뿐만 아니라 유비쿼터스화를 위해서는 서로 다른 무선 통신 시스템들간 단순한 연계가 아닌 효율적인 방법의 자원 사용 방법이 요구된다. 즉, 복합적 무선 통신 시스템을 구현함에 있어서 데이터 전송률의 저하가 발생해서는 안되며, 기본적인 실시간 서비스인 음성 서비스도 원활히 제공할 수 있어야 한다. 복합적 무선 통신 시스템에서 높은 데이터 전송률을 제공하기 위해서는 효율적인 주파수 재사용을 위한 방법이 필요하며, 간섭을 방지하기 위한 방법이 필요하다. 또한 기본적인 서비스인 실시간 음성 서비스를 원활히 제공하기 위한 방법이 요구된다.

따라서 본 발명의 목적은 서로 다른 무선 통신 방법을 사용하여 통신을 수행할 수 있는 통신 방법 및 그 통신 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 서로 다른 무선 통신 방법을 사용하여 통신을 수행할 시 데이터 전송률을 높일 수 있는 통신 방법 및 그 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 무선 통신 방법을 사용하여 통신을 수행할 시 간섭을 줄일 수 있는 통신 방법 및 그 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 무선 통신 방법을 사용하여 통신을 수행할 시 주파수 재사용율을 높일 수 있는 통신 방법 및 그 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 서로 다른 무선 통신 방법을 사용하여 통신을 수행할 시 실시간 서비스 및 비실시간 서비스를 원활히 제공할 수 있는 통신 방법 및 그 시스템을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 시분할 듀플렉싱 방식과 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 지원하며, 셀룰라 방식에 근거한 셀룰라 통신 영역을 가지는 기지국의 통신방법에 있어서, 사용 가능한 각 주파수 자원을 프레임 단위로 구분하고, 각 프레임에 포함되는 스위칭 포인트에서 실시간 서비스 모드와 비실시간 서비스 모드 간의 전환이 수행되도록 설정하는 과정과, 상기 각 프레임마다 상기 실시간 서비스 모드에서는 상기 셀룰라 통신 영역에 포함되는 복수개의 단말들과 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 상기 셀룰라 방식으로 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행을 수행하는 과정과, 상기 각 프레임마다 상기 비실시간 서비스 모드에서는 상기 시분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 애드 혹 방식으로 상기 복수개의 단말들과 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행하는 과정을 포함한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 시분할 듀플렉싱 방식과 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 지원하는 복합 무선 통신 시스템에 있어서, 셀룰라 방식에 근거한 셀룰라 통신 영역을 가지는 기지국과, 상기 셀룰라 통신 영역에 포함되는 복수개의 단말들을 포함하고, 상기 기지국은 사용 가능한 각 주파수 자원을 프레임 단위로 구분하여 통신하고, 각 프레임에 포함되는 스위칭 포인트에서 실시간 서비스 모드와 비실시간 서비스 모드 간의 전환이 수행되도록 하고, 상기 각 프레임마다 상기 실시간 서비스 모드에서는 상기 복수개의 단말들과 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 상기 셀룰라 방식으로 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행하며, 상기 각 프레임마다 상기 비실시간 서비스 모드에서는 상기 시분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 애드 혹 방식으로 상기 복수개의 단말들과 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 구성에 대한 구체 적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 셀룰라 시스템의 기지국에서 데이터 서비스 및 음성 서비스가 제공되는 경우를 설명하기 위한 개념도이다. 상기 도 1에서 셀룰라 시스템은 일반적인 CDMA 이동통신 시스템으로 가정하며, 상기 셀룰라 시스템은 설명의 편의를 위해 육각 셀 모양의 기지국 영역을 가지는 것으로 가정한다.

상기 도 1에서는 셀의 중앙에 기지국(BS: Base Station)(100)이 위치하며, 기지국의 영역 내에 위치한 동그라미들은 모두 단말들을 의미한다. 상기 단말들 중 데이터 트래픽(Data traffic)을 수신하는 단말(120)과 음성 트래픽(Voice traffic)을 수신하는 단말(130)에 대하여 살펴보기로 한다. 도 1에 도시한 바와 같이 데이터 트래픽을 수신하는 단말(120)은 일반적으로 기지국(100)으로부터 많은 자원과 높은 전력을 할당 받아 높은 데이터 전송률로 데이터 서비스를 제공받는다. 그리고 음성 서비스를 수신하는 단말(130)은 음성 트래픽 수신을 위해 할당되는 자원과 전력을 할당받아 음성 서비스를 제공받는다. 이때, 상기 도 1에 도시한 바와 같이 음성 서비스를 수신하는 단말(130)과 데이터 서비스를 수신하는 단말(120)간 거리가 인접한 경우 상호간 심한 간섭이 발생할 수 있다. 따라서 보다 높은 전력을 이용해야만 하는 문제를 초래한다. 또한 데이터 서비스를 제공받는 단말(120) 뿐 아니라 음성 서비스를 제공받는 단말(130)에서는 기지국(100)으로부터 각 단말(120, 130)까지의 거리에 따라 보다 높은 전력이 요구된다. 이는 다른 인접한 단말들에게 심각한 간섭을 유발한다. 즉, 높은 전송률 및 양호한 서비스 품질을 제공하기 위해서는 많은 양의 자원이 소모되는 문제가 있다.

이러한 문제는 단지 CDMA 셀룰라 시스템 뿐 아니라 FDMA 방식의 시스템 및 TDMA 방식의 시스템에서도 마찬가지이다. 그러면 본 발명의 전반적인 사항에 대하여 먼저 살펴보기로 한다.

본 발명에서는 셀룰라 시스템과 애드-혹(ad-hoc) 네트워크 방식을 이용하여 통신이 이루어지는 시스템을 가정한다. 또한 본 발명에서는 자원의 사용 방식으로 시분할 듀플렉싱(TDD : Time Division Duplexing) 및 주파수 분할 듀플렉싱(FDD : Frequency Division Duplexing) 모드를 모두 사용한다. 본 발명에서는 송신 및 수신단간 비대칭(asymmetric) 모드 및 대칭(symmetric) 모드를 통해 서비스를 제공할 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명에서는 타임 슬롯 스케일링(Time Slot Scaling) 알고리즘을 사용하여 비대칭 모드를 지원한다. 이러한 사항들을 기반으로 하여 서로 다른 무선 통신 방식인 셀룰라 방식과 애드-혹 방식의 시스템을 동시에 제공하면서 자원의 재사용율을 높이고, 간섭을 최소화하는 무선 통신 시스템을 제공한다. 상기한 무선 통신 시스템과 그 통신 방식은 첨부된 도면을 참조하여 더 살펴보기로 한다. 또한 본 발명에서는 비실시간(non-real time) 서비스들의 대표적인 서비스로 데이터 트래픽(Data traffic)을 예로 설명하며, 실시간 서비스들의 대표적인 서비스로 음성 트래픽(Voice traffic)을 예로 설명한다. 즉, 이하에서 설명되는 데이터 트래픽은 비실시간 서비스를 의미하며, 음성 트래픽은 실시간 서비스를 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 복합 무선 통신 시스템의 통신 방식에 따른 개념도이다. 이하 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 복합 무선 통신 시스템의 통신 방식에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저 본 발명에 따른 시스템에서 도 2에 도시한 기지국(200)은 셀룰라 방식 시스템의 기지국이다. 상기 기지국(200)은 셀룰라 방식의 기지국이므로, 도 1에서의 가정과 같이 육각 셀 모양의 서비스 가능 지역을 가진다. 그리고 내부에 작은 원들은 기지국 내에서 서비스를 제공받거나 받을 수 있는 단말들이다. 상기 단말들은 모두 셀룰라 방식의 서비스와 애드-혹 방식의 서비스 지원이 가능한 복합 단말(Complex terminal)로 가정한다. 그러나 본 발명의 단말이 반드시 애드-혹 방식의 서비스 지원이 가능해야 하는 것은 아니며, FDD와 TDD 방식을 지원할 수 있는 단말이면 족하다. 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 단말이 셀룰라 방식과 애드-혹 방식을 지원하는 단말로 가정하여 설명하기로 한다.

또한 본 발명에서는 기지국으로부터 단말까지의 거리, 단말들의 밀집 상태 및 밀집된 단말들간의 위치에 따라 도 2에 도시한 바와 같이 위성 셀들(H0, H1, H2, H3, H1a, H2a, H3a)을 가진다. 상기 위성 셀들은 본 발명에 따라 데이터 트래픽이 전송되는 경우 각 위성 셀들의 호스트로 동작하는 특정 단말들로 데이터 트래픽이 전달된다. 이하의 설명에서는 위성 셀들의 호스트로 동작하는 특정 단말들을 '게이트웨이(Gateway)'라 칭한다. 따라서 상기 도 2에 도시한 바와 같이 기지국(200)은 자신이 호스트로 동작하는 제0 위성 셀(H0)과 셀룰라 모드 동작시 커버 영역인 육각 셀 모양의 서비스 영역을 가진다.

상기 도 2에 도시한 바와 같이 특정 노드로 데이터 트래픽을 전송하는 경우에 상기 단말이 위치한 위성 셀의 호스트로 데이터 트래픽을 전송하고, 상기 호스트는 다시 해당하는 단말로 데이터 트래픽을 전송한다. 이를 도 1과 대비하여 예를 들어 살펴보면, 기지국(200)은 데이터 트래픽을 수신할 단말(211)로 데이터를 송신하기 위해 상기 단말(211)이 포함된 제1위성 셀(H1)의 호스트 단말(210)로 데이터를 송신한다. 이때, 호스트 단말(210)로 전송되는 데이터에는 목적지 주소가 데이터 트래픽을 수신하는 단말(211)로 기재되어 있어야 한다. 그러면 상기 제1위성 셀(H1)의 호스트 단말(210)은 수신된 데이터를 직접 또는 다른 단말을 통해 데이터를 수신하는 단말(211)로 전송한다. 이를 통해 데이터 트래픽이 전송될 수 있다. 이와 같이 데이터 트래픽의 전송이 이루어지는 상세한 방식에 대하여는 후술되는 도면에서 더 살펴보기로 한다.

또한 본 발명에서는 음성 트래픽의 경우 기지국이 직접 음성 트래픽을 전송한다. 이와 같이 음성 트래픽을 도 1의 예와 비교하여 설명하면, 기지국(200)은 음성 트래픽 서비스를 제공받는 단말(212)로 음성 트래픽을 직접 전송한다. 즉, 데이터 트래픽에서와 같이 제1위성 셀(H1)의 호스트 단말(210)을 통하지 않고 직접 트래픽을 전송하는 방식을 사용한다. 이러한 방식은 기존의 셀룰라 방식과 동일한 방식이 된다.

도 3은 본 발명에 따른 시스템에서 자원의 활용의 일 예를 설명하기 위한 자 원 활용 예시도이다.

도 3에서는 설명의 편의를 위해 주파수 자원을 제1주파수 자원(F1)과 제2주파수 자원(F2)으로 2개의 주파수 자원만을 예시하였다. 상기 2개의 주파수 자원들(F1, F2)은 모두 동일한 길이의 프레임 시간을 가지며, 상기 프레임 시간 내에서 FDD 모드와 TDD 모드가 지원된다.

먼저 실시간 서비스인 음성 트래픽이 제공되는 자원에 대하여 살펴본다. 상기 도 3에 도시한 바와 같이 제1주파수 자원(F1)과 제2주파수 자원(F2)에서 FDD 모드의 송/수신에서는 대칭성 또는 비대칭성을 지원할 수 있도록 하며, 음성 트래픽을 송신하는데 사용된다. 즉, 실시간 서비스를 제공하는데 할당되는 자원이다. 이와 같이 실시간 서비스를 제공하기 위해서 제1주파수 자원(F1)은 상향 링크(UL : up-link)에 할당되고, 제2주파수 자원(F2)은 하향 링크(DL : Down-link)에 할당되며, 한 프레임 내에서 대칭 및 비대칭 서비스 전송 시간 동안만 데이터의 송/수신이 이루어진다.

다음으로, 비실시간 서비스인 데이터 트래픽이 제공되는 자원에 대하여 살펴본다. 상기 도 3에 도시한 바와 같이 제1주파수 자원(F1)과 제2주파수 자원(F2)에는 각각 비대칭 전송을 위한 TDD 모드가 존재한다. 이와 같은 TDD 모드는 비대칭 서비스를 제공하기 위한 자원 영역이다. 즉, 상기 TDD 모드에 할당된 자원은 TDD 방법을 이용하며, 단말 및 기지국이 애드-혹 모드로 동작하도록 하여 데이터 전송이 이루어지는 것이다. 상기 TDD 모드를 이용하여 데이터 서비스가 이루어지는 자원 할당에 대하여는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 더 살피기로 한다.

상기 도 3에 도시한 바와 같이 특정한 주파수 자원의 할당시 FDD 모드에서 TDD 모드로 전환되는 시점을 "스위칭 포인트"라 칭한다. 이러한 스위칭 포인트는 한 프레임 내에 존재하게 되며, 프레임의 크기는 시스템의 요구 사항에 따라 달라질 수 있다. 또한 프레임 내에서 스위칭 포인트의 위치는 실시간 서비스와 비실시간 서비스의 요구되는 트래픽 양에 따라 가변된다. 즉, 실시간 서비스가 많이 요구되는 경우 TDD 모드로 전송이 이루어지는 시간이 작아지며, 실시간 서비스가 적게 요구되는 경우 TDD 모드로 전송이 이루어지는 시간이 많아지는 것이다. 여기서는 실시간 서비스가 요구되는 양이 많고 적음에 따라 스위칭 포인트가 가변되도록 하여 설명하였다. 이는 일반적으로 실시간 서비스가 비실시간 서비스보다 높은 우선순위를 가지기 때문이다. 그러나 실시간 서비스와 비실시간 서비스로 구분하지 않고 트래픽의 우선순위를 먼저 고려하고, 그 우선순위에 따라 할당되어야 하는 트래픽이 실시간 트래픽인지 또는 비실시간 트래픽인지에 따라 스위칭 포인트가 가변되도록 구성할 수도 있다.

이와 같은 스위칭 포인트는 기지국이 셀 내의 전체 단말에게 방송(broadcast)하여 모든 단말들이 알고 있어야만 한다. 그러므로 기지국은 공통채널 또는 방송 채널 등을 이용하여 상기 스위칭 포인트를 알리도록 구성할 수 있다. 또한 스위칭 포인트가 대체로 고정되는 경우에는 상기 스위칭 포인트가 변경되는 때에만 변경된 스위칭 포인트를 알리도록 구성할 수도 있다.

우선 상기 도 2와 같이 시스템이 동작하고, 상기 도 3에서와 같이 자원을 할당하여 분배함으로써 실시간 서비스인 음성 트래픽과 비실시간 서비스인 데이터 트래픽간 간섭이 줄어들게 되어 보다 양호한 품질의 서비스를 제공할 수 있다.

상기 도 2와 도 3을 참조하여 종합적으로 살펴보면, 셀룰라 시스템으로 동작 하는 FDD 모드와 애드혹 모드로 동작하는 TDD 모드로 구분할 수 있다. 그러면 FDD 모드와 TDD 모드의 특징에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저 FDD 모드에서는 기지국(200)과 단말간 직접 통신이 이루어진다. 따라서 기지국(200)이 커버하는 영역이 넓어진다. 즉, 기지국(200)이 육각 셀 전체를 커버하는 것이다. 또한 상기 FDD 모드는 고속의 데이터 트래픽 보다는 저속의 데이터 트래픽을 송신하거나 실시간 서비스의 송수신에 용이하다. 이와 같은 대표적인 서비스가 앞에서 살핀 음성 서비스이므로 FDD 모드에서는 상향 링크와 하향 링크가 대체로 대칭적이어야 한다. 그러나 저속의 데이터 트래픽 서비스를 제공하는 경우라면 비대칭적이어도 무방하다.

다음으로 TDD 모드에 대하여 살펴보기로 한다. TDD 모드에서는 기지국(200)과 단말간 직접 통신이 이루어지지 않고, 멀티 홉(Multi-hop) 방식으로 데이터 전송이 이루어진다. 즉, 기지국과 단말간 전송되는 데이터를 중계(relay)하기 위한 중계 노드를 가진다. 상기 도 2에서 살펴보면, 게이트웨이가 될 수 있다. 또한 게이트웨이와 목적지 노드간에도 중계 노드를 가질 수 있다. 이는 애드-혹 방식으로 데이터 트래픽을 전송할 때 얼마나 효율성을 가질 수 있는가에 따라 결정된다. 즉, TDD 모드로 동작하는 경우에는 고속의 데이터 전송이 이루어져야 하기 때문에 데이터 트래픽의 전송률이 어느 정도인가에 따라 노드의 수를 결정할 수 있다. 먼저 첫 번째 실시 예에서는 게이트웨이와 목적지 노드간 직접 통신이 이루어지는 경우만을 가정하여 설명한다. 그리고 이후에 게이트웨이와 목적지 노드간 중계 노드를 가지는 경우에 대하여 살펴보기로 한다.

또한 상기 TDD 모드로 동작하는 경우에는 애드-혹 네트워크와 같이 데이터 트래픽이 전송되기 때문에 셀룰라 방식에 비해 작은 전송 영역을 가진다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 다수의 위성 셀들(H0, H1, H2, H3, H1a, H2a, H3a) 내에서 데이터 트래픽 통신이 이루어진다. 이와 같이 데이터 트래픽 통신이 이루어지기 때문에 상향 링크와 하향 링크간 비대칭(asymmetric)성을 만족하도록 구성할 수 있다. 일반적으로 데이터 트래픽은 특정한 링크로 많은 양의 트래픽이 전송되는 특징을 가지기 때문이다. 그러나 양방향 링크로 전송되는 트래픽 각각의 양이 동일한 경우라면 상향 링크와 하향 링크가 대칭(symmetric)이 될 수도 있다.

도 4a는 도 3과 같이 자원을 할당할 시 TDD 모드의 자원이 위성 셀에 할당되는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 4a를 참조하면, 특정한 프레임 주기 내에서 각 위성 셀들(H0, H1, H2, H3)에 자원이 할당된 예를 도시하고 있다. 즉, 제1주파수 자원(F1)에서는 제1위성 셀(H1)에 참조부호 410a 및 410b와 같이 시간 영역에서 2번의 자원 할당이 이루어지고, 제2위성 셀(H2)에 참조부호 420a 및 420b와 같이 시간 영역에서 2번의 자원 할당이 이루어진다. 또한 제2주파수 자원(F2)에서는 제3위성 셀(H3)에 참조부호 430a 및 430b와 같이 시간 영역에서 2번의 자원 할당이 이루어지고, 제0위성 셀(H0)에 참조부호 440a 및 440b와 같이 시간 영역에서 2번의 자원 할당이 이루어진다. 이러한 방법으로 후속하는 프레임에서도 동일하게 자원이 할당된다. 이때 제1위성 셀(H1)에 할당된 시간 자원인 참조부호 410a 및 410b의 시간은 서로 같거나 다를 수 있다. 이는 다른 위성 셀들(H0, H2, H3)에도 모두 동일하게 적용된다.

도 4b는 본 발명에 따라 특정 위성 셀에 할당된 주파수 자원이 사용되는 방식을 설명하기 위한 도면이다. 상기 도 4b에서 위성 셀은 제1위성 셀(H1)을 가정하였으며, 도 2에 도시한 바와 같이 게이트웨이(210)와, 데이터 트래픽을 수신하고자 하는 단말(211)을 가정한다.

상기 도 4b를 참조하면, 제1주파수 자원(F1)에서 제1위성 셀(H1)에 할당된 첫 번째 시간 자원(410a)과 두 번째 시간 자원(410b)은 크게 2 영역으로 구분된다. 이하의 설명에서 상기 제1위성 셀(H1)에 할당된 첫 번째 시간 자원(410a)을 "선 시간 자원"이라 칭하고, 두 번째 시간 자원(410b)을 "후 시간 자원"이라 칭한다.

상기 선 시간 자원(410a)은 제1하향 링크(DL1)와 제1상향 링크(UL1)를 포함한다. 상기 제1하향 링크(DL1)는 기지국(200)으로부터 제1위성 셀(H1)의 게이트웨이(GW1)(210)로 데이터를 송신하기 위해 할당된 시간 자원이다. 또한 제1상향 링크(UL1)는 제1위성 셀(H1)의 게이트웨이(210)로부터 기지국(200)으로 데이터를 송신하기 위해 할당된 시간 자원이다. 기지국(200)은 상기 제1하향 링크(DL1)를 이용하여 데이터 트래픽을 수신하고자 하는 단말로 송신할 데이터를 게이트웨이(210)로 전송한다. 따라서 상기 게이트웨이(210)가 수신한 데이터는 게이트웨이(210)에서 직접 수신하기 위한 데이터 트래픽일 수도 있으나, 상기 제1위성 셀(H1)에 포함된 다른 단말로 송신해야 하는 데이터 트래픽도 포함된다. 이는 제1상향 링크(UL1)에서도 마찬가지이다. 즉, 상기 제1상향 링크(UL1)를 이용하여 송신되는 데이터 트래픽 또한 게이트웨이(210)가 기지국(200)으로 송신하기 위한 데이터 트래픽 뿐 아니라 제1위성 셀(H1)에 포함된 단말로부터 수신하여 기지국으로 송신하기 위한 데이터 트래픽을 포함한다.

상기 도 4b에서는 제1하향 링크(DL1)에는 M개의 타임 슬롯(TS : Time Slot)이 존재하는 경우를 도시하였으며, 제1상향 링크(UL1)에는 N개의 타임 슬롯이 존재하는 경우를 도시하였다. 상기 도 4b에서 제1하향 링크(DL1)의 타임 슬롯 개수와 제1상향 링크(UL1)의 타임 슬롯 개수를 각각 M개와 N개로 서로 다르게 구성하였다. 이와 같이 타임 슬롯의 개수가 서로 다르게 구성한 이유는 본 발명에서 데이터 트래픽의 비대칭성 때문이다. 일반적으로 데이터 트래픽은 하향 링크에 보다 많은 데이터 트래픽이 존재하고 상향 링크로의 데이터 트래픽이 적은 경우가 많다. 따라서 하향 링크와 상향 링크의 데이터 트래픽 비율에 따라 비대칭성을 가지도록 할 수 있다. 예를 들어 하향 링크가 상향 링크보다 2배 또는 3배 등으로 많게 할당하거나 반대로 상향 링크가 하향 링크보다 2배 또는 3배 등으로 많게 할당할 수 있다. 이와 같이 상향 링크와 하향 링크간 비대칭성을 가지도록 함으로써 한정된 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.

다음으로, 후 시간 자원(410b)은 게이트웨이(210)로부터 데이터 트래픽을 수신할 단말(211) 또는 상기 단말(211)로 데이터 트래픽을 전달하기 위해 다른 단말로 데이터 트래픽을 송신하는데 사용되는 제2하향 링크(DL2)를 포함한다. 또한 상기 후 시간 자원(410b)은 단말이 기지국(200)으로 데이터 트래픽을 송신하기 위해 게이트웨이(210)로 트래픽을 송신하는데 사용되는 제2상향 링크(UL2)를 포함한다. 상기 제2하향 링크(DL2) 및 제2상향 링크(UL2)에도 제1하향 링크(DL1) 및 제1상향 링크(UL1)와 마찬가지로 소정 개수의 타임 슬롯들이 존재한다.

그러면 다음으로 전체적으로 자원이 할당되는 예를 살펴보기로 한다.

도 4c는 본 발명에 따른 시스템에서 간섭을 최소화하여 데이터 트래픽을 송신하기 위한 자원 할당 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

상기 도 4c에는 제1위성 셀(H1)과 기지국(200)으로부터 대칭되는 위치에 존재하는 대칭 제1위성 셀(H1a)이 존재한다. 이하의 설명에서 대칭 위성 셀이란, 기지국을 기준으로 특정 위성 셀에서 간섭이 가장 적은 지역에 위치한 위성 셀을 의미한다. 즉, 대칭 위성 셀은 특정 셀과 완전한 대칭이 아니더라도 특정 위성 셀로부터 간섭이 가장 적은 위성 셀로 설정한다. 따라서 대칭 위성 셀의 최소 조건은 위성 셀간의 거리가 적어도 두 홉 이상인 조건을 충족하면 된다. 이러한 조건에 따라 상기 도 2를 참조하여 살펴보면, 제1위성 셀(H1), 제2위성 셀 및 제3위성 셀(H3)의 대칭 위성 셀은 각각 H1a, H2a 및 H3a가 된다.

상술한 바와 같이 대칭 위성 셀간에서 데이터 트래픽을 전송하기 위해서 본 발명에서는 간섭을 최소화하기 위해 자원 할당의 시간이 서로소인 시간(disjoint time)에 상기 데이터 트래픽 전송을 위한 자원을 할당하도록 한다. 이를 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 살펴보기로 한다.

기지국(200)은 제1위성 셀(H1)에 위치한 데이터 트래픽을 수신하는 단말(212)로 데이터를 송신하기 위해서는 도 4b에 도시한 바와 같이 제1주파수 자원(H1)의 선 시간 자원(410a)에서 게이트웨이(210)로 데이터 트래픽을 전송한다. 이때 선 시간 자원(410a)의 제1하향 링크(DL1)를 이용하여 데이터 트래픽이 전송된다. 그런 후 게이트웨이(210)는 후 시간 자원(410b)의 제2하향 링크(DL2)에서 데이터 트래픽을 수신하는 단말(212)로 데이터 트래픽을 전송한다.

반면에 대칭 제1위성 셀(H1a)에 위치한 데이터 트래픽을 수신하는 단말(241)로 데이터 트래픽을 송신하는 경우에도 제1위성 셀(H1)에 할당한 제1주파수 자원(F1)을 할당한다. 그러나 대칭 제1위성 셀(H1a)의 송신 구성은 상기 도 4b에서 설명한 바와 다르게 구성된다. 그러면 제1위성 셀(H1)에 할당된 링크들과 대칭 제1위성 셀(H1a)에 할당되는 링크들을 대비하여 살펴보기로 한다.

제1위성 셀(H1)에서 제1하향 링크(DL1)가 할당될 시 대칭 제1위성 셀(H1a)에서는 제2하향 링크(DL2)를 할당하며, 제1위성 셀(H1)에서 제1상향 링크(UL1)가 할당될 시 대칭 제1위성 셀(H1a)에서는 제2상향 링크(UL2)를 할당한다. 또한 제1위성 셀(H1)에서 제2하향 링크(DL2)가 할당될 시 대칭 제1위성 셀(H1a)에서는 제1하향 링크(DL1)를 할당하며, 제1위성 셀(H1)에서 제2상향 링크(UL2)가 할당될 시 대칭 제1위성 셀(H1a)에서는 제1상향 링크(UL1)를 할당한다.

이와 다른 방법으로 제1위성 셀(H1)에서 제1하향 링크(DL1)가 할당될 시 대칭 제1위성 셀(H1a)에서는 제2상향 링크(UL2)를 할당하며, 제1위성 셀(H1)에서 제1상향 링크(UL1)가 할당될 시 대칭 제1위성 셀(H1a)에서는 제2하향 링크(DL2)를 할당한다. 또한 이러한 경우 제1위성 셀(H1)에서 제2하향 링크(DL2)가 할당될 시 대칭 제1위성 셀(H1a)에서는 제1상향 링크(UL1)를 할당하며, 제1위성 셀(H1)에서 제2상향 링크(UL2)가 할당될 시 대칭 제1위성 셀(H1a)에서는 제1하향 링크(DL1)를 할 당한다.

상술한 두 가지 방법 모두 거리와 자원 할당 및 전력 관점에서 위성 셀간 간섭을 최소화할 수 있도록 자원을 할당하는 방법이다. 따라서 상기한 방법을 이용하여 자원을 할당함으로써 주파수 재사용율을 높일 수 있게 된다.

이하의 설명에서는 상기한 방법들 중 첫 번째 방법을 이용하는 경우로 설명하며, 상기한 2가지 방법 중 하나의 방법으로 자원을 할당하는 방식을 "자원 대칭 할당"이라 칭한다. 따라서 상기 도 4c는 본 발명에 따른 자원 대칭 할당이 이루어지는 예를 도시한 도면이다.

이상에서 설명한 데이터 트래픽의 전송 방법은 기지국으로부터 게이트웨이로의 전송과 게이트웨이로부터 목적지 단말까지 직접 전송되는 경우를 가정하여 설명하였다. 그러나 실제로 데이터 트래픽은 기지국으로부터 게이트웨이로의 전송이 이루어진 이후 상기 게이트웨이로부터 목적지 단말까지 다른 여러 단말들을 거쳐 전송될 수도 있다. 따라서 이하에서는 게이트웨이로부터 여러 단말을 거쳐 데이터 트래픽이 전송되는 경우에 대하여 살펴보기로 한다.

도 5는 본 발명에 따른 배타 영역과 전송 영역을 설명하기 위한 개념도이다.

상기 도 5에서는 데이터 트래픽이 단말 A(501)에서 단말 B(502)로 전달되는 경우에 배타 영역(Exclusion Range)(520)과 전송 영역(Transmission Range)(510)을 도시하고 있다. 먼저 전송 영역(510)에 대하여 살펴보기로 한다. 전송 영역(510)이란, 단말 A(501)에서 단말 B(502)로 데이터 트래픽을 송신하는 경우에 원하는 데이터 전송률과 서비스 품질로 데이터가 안전하게 전송되는 범위를 의미한다. 일반적으로 지향성 안테나를 사용하지 않는 무선 통신 방식에서는 송신되는 데이터 트래픽은 도 5에 도시한 바와 같이 방사형으로 전송된다. 따라서 단말 A(501)에서 단말 B(502)로 전송되는 데이터 트래픽은 전송 영역(510) 내에 위치하는 경우 원하는 서비스 품질 및 전송률이 제공된다. 따라서 단말 A(501)는 단말 B(502)의 위치에 따라 송신 전력 및 전송률을 결정하여 데이터 트래픽을 전송한다. 그런데, 실제로 단말 A(501)에서 송신된 데이터 트래픽은 전송 영역(510)까지만 전송되는 것이 아니라 보다 넓은 지역으로 전파된다. 이와 같이 단말 A(501)가 전송한 데이터 트래픽이 전파되어 다른 단말에 간섭으로 작용할 수 있는 범위를 배타 영역(520)이라 한다.

도 6은 본 발명에 따라 특정 위성 셀의 목적지 단말로 데이터 트래픽이 멀티 홉 방식으로 전송되는 예를 설명하기 위한 도면이다.

상기 도 6은 전술한 도 5에서 설명한 단말 A(501)를 기지국으로 가정하였고, 목적지 단말 B(502)가 제1위성 셀(H1) 내에 위치한 단말인 경우를 가정하였다. 또한 상기 도 6에서는 배타 영역 및 전송 영역은 도시하지 않았음에 유의해야 한다.

상기 도 6에 도시한 바와 같이 기지국(501)은 목적지 단말 B(502)로 송신할 데이터 트래픽을 제1위성 셀(H1)의 게이트웨이(610)로 전송한다. 이때, 전송 방식은 앞에서 설명한 것과 동일한 방식으로 이루어진다. 그러면 기지국(501)으로부터 데이터 트래픽을 수신한 제1위성 셀(H1)의 게이트웨이(610)는 목적지 단말 B(502)로 전송하기 위해 중계 노드(620)로 데이터 트래픽을 전송한다. 그러면 중계 노드(620)는 다시 데이터 트래픽을 목적지 노드(502)로 전송한다. 이러한 과정을 거쳐 데이터 트래픽을 원하는 목적지까지 전송할 수 있다.

이와 같이 게이트웨이(610)로부터 중계 노드(620)를 거쳐 목적지 노드(502)까지 전송하는 과정에 대하여는 도 7을 참조하여 살펴보기로 한다.

도 7은 본 발명에 따른 시스템에서 중계 노드를 통해 특정 위성 셀의 목적지 노드로 데이터 트래픽이 전송되는 과정을 설명하기 위한 타이밍도이다.

상기 도 7을 참조하면 가장 상단에 타임 슬롯의 번호(TS no.)를 도시하였다. 도 7에 도시한 바와 같이 타임 슬롯의 번호는 순차적으로 증가하는 것으로 가정한다. 또한 상기 도 7에 도시한 타임 슬롯에서 비대칭 서비스가 이루어지는 점에 대하여 살펴보기로 한다. 먼저 기지국(501)은 제1타임 슬롯과 제2타임 슬롯에서 목적지 노드(502)로 전송할 데이터 트래픽을 게이트웨이(610)로 전송한다. 이후 데이터 트래픽을 수신한 후 게이트웨이(610)는 제3타임 슬롯에서 기지국(502)으로 송신할 데이터 트래픽을 전송한다. 이때 앞서 살핀 바와 같이 기지국(501)과 게이트웨이(610)간 제1타임 슬롯 내지 제3타임 슬롯에서 전송되는 데이터 트래픽은 다른 단말들로부터 기지국으로 전송되는 데이터 트래픽이 포함된 것이다.

이와 같이 기지국(501)과 게이트웨이(610)간 데이터 트래픽의 전송이 완료되면 게이트웨이(610)는 수신된 트래픽 중 목적지 노드(502)로 전송할 트래픽을 중계 노드(620)로 전송한다. 여기서는 모든 데이터가 목적지 노드(502)로 전송되는 데이터 트래픽으로 가정한다. 따라서 게이트웨이(610)와 중계 노드(620)간 전송되는 데이터 트래픽은 제4타임 슬롯과 제5타임 슬롯에서 전송된다. 이후 목적지 노드(502)로부터 기지국으로 전송할 데이터 트래픽이 존재한다면, 제6타임 슬롯에서 중계 노드(620)가 게이트웨이(610)로 전송이 이루어진다. 그리고 제6타임 슬롯에서 중계 노드(620)로부터 게이트웨이(610)로 데이터 트래픽의 전송이 이루어진 이후에 중계 노드(620)는 제7타임 슬롯 및 제8타임 슬롯을 통해 수신된 데이터 트래픽을 다시 목적지 노드(502)로 전송한다. 이후에 목적지 노드(502)에서 기지국(501)으로 전송할 데이터 트래픽이 존재한다면 제9타임 슬롯에서 중계 노드(620)로 전송이 이루어질 것이다.

상기한 과정에서 살핀 바와 같이 각 노드간 하향 링크의 타임 슬롯 대비 상향 링크의 타임 슬롯은 2:1로 비대칭을 이루게 된다. 그러나 상향 트래픽 및 하향 트래픽이 반드시 비대칭일 필요는 없다. 대체로 데이터 트래픽의 특성상 상향 트래픽 및 하향 트래픽이 비대칭인 경우가 많기 때문에 비대칭 서비스를 가정한 것이다. 또한 할당된 타임 슬롯의 비율 또한 데이터 트래픽의 양에 따라 가변적으로 변경할 수 있다. 예를 들어 1:2 또는 3:1 등과 같이 비대칭 서비스인 경우에 그에 맞춰 변경할 수 있다.

도 8a는 본 발명에 따른 멀티-홉 방식에 따라 데이터 전송이 이루어지는 경우 거리와 홉간의 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 8a에서 노드 A(801)는 데이터 트래픽을 송신하는 노드이며, 노드 B(805)는 데이터 트래픽의 목적지 노드이다. 중간에 위치한 각 노드들(802, 803, 804)은 트래픽을 중계하기 위한 중계 노드들이다. 먼저 노드 A(801)로부터 첫 번째 중계 노드(802)간의 거리를 d라 가정하고, 각 중계 노드간 거리 또한 d로 가정한다. 그리고 마지막 중계 노드(804)로부터 노드 B(805)간의 거리도 d로 가정한다. 그리고 노드 A(801)로부터 노드B(805)까지의 홉 수를 M으로 가정할 때, 노드 A(801)로부터 노드 B(805)까지의 거리는 Md가 된다. 그러므로 각 노드간 거리인 d는 도 5에서 설명한 전송 영역을 나타내는 최대 거리가 된다. 따라서 전송 영역보다 큰 영역을 가지는 배타 영역은 하기 <수학식 1>과 같이 도시할 수 있다.

배타 영역 =

d는 노드간 거리이며, 데이터 전송 영역의 최대 거리이므로, 2d는 2개의 노드간 거리가 되고, 첫 번째 중계 노드(802)를 중심으로 한 지름이 될 수 있다. 따라서 M개의 홉을 가지는 경우에 노드 A(801)로부터 노드 B(805)까지의 배타 영역은 하기 <수학식 2>와 같이 도시할 수 있다.

데이터 트래픽 송신 노드로부터 목적지 노드까지의 배타 영역 =

상기 <수학식 2>에서 첫 번째 노드로부터 계산이 이루어지며, 마지막 노드가 목적지 노드이기 때문에 2개의 홉 수가 빠진 상태로 배타 영역이 계산된다. 따라서 상기 <수학식 2>와 같이 계산되는 것이다.

상기한 바와 같은 경우에 타임 슬롯을 t_sl이라 하고, 배타 영역을 E라 하면, 타임 슬롯 대비 배타 영역의 트래픽 전송 비율(

)은 하기 <수학식 3>과 같이 도시할 수 있다.

그리고, 상기 도 8a는 멀티 홉 모드로 동작하므로, 트래픽 밀도(traffic density)는 하기 <수학식 4>와 같이 도시할 수 있다.

멀티 홉 모드에서 각 송신기들 즉, 기지국으로부터 목적지 노드로 전송되는 특정 데이터에 대하여 각 노드들간 송신이 이루어질 경우에 상기 데이터는 하나의 전체 프레임 시간 중 극히 일부 시간 동안에만 전송이 이루어진다. 따라서 채널 재사용 효율을 트래픽의 밀도 대비 점유 영역의 비로 정의할 때, 멀티 홉의 경우에 채널 재사용율은 하기 <수학식 5>와 같이 전개된다.

다음으로 단일 홉(single hop)으로 즉, 기지국으로부터 목적지로 직접 전송되는 경우를 살펴보기로 한다.

도 8b는 직접 전송이 이루어지는 경우를 가정할 경우 배타 영역의 거리를 나타낸 도면이다.

단일 홉의 경우에는 중계 노드가 존재하지 않는다. 따라서 도 8b에 같이 직접 전송되는 경우 홉의 수는 1이 된다. 상기 도 8b는 도 8a와 동일한 거리에서 전송이 이루어지는 경우를 가정하였으므로, 노드 A (801)과 노드 B(805)간 거리는 Md가 된다. 따라서 데이터가 전송되는 노드 A (801)으로부터 노드 B (805)까지가 전송 영역이 되며, 배타 영역은 하기 <수학식 6>과 같이 도시할 수 있다.

상기 <수학식 6>과 상기 <수학식 2>를 비교하여 살펴보면, 즉 도 8a의 경우와 도 8b의 경우를 비교하여 살펴보면, 도 8a의 경우가 보다 작은 배타 영역을 가질 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이 작은 배타 영역을 가지게 되므로 다른 단말들과의 간섭이 적어지고 전체 처리율(throughput) 또한 증대된다.

또한 단일 홉의 경우 타임 슬롯의 전체 구간동안 배타 영역이 유효한 경우이기 때문에 단일 홉에 대한 채널 재사용율은 하기 <수학식 7>과 같이 도시할 수 있으며, 단일 홉의 경우 트래픽 밀도는 하기 <수학식 8>과 같이 도시할 수 있다.

그러므로 멀티 홉 대비 단일 홉의 채널 재사용률은 하기 <수학식 9>와 같이 전개할 수 있다.

그러므로 시스템에서 멀티 홉을 사용하는 경우에 재사용율이 증가됨을 알 수 있다. 이때 홉의 수를 무한대로 증가시키면 하기 <수학식 10>과 같은 결과를 얻을 수 있다.

상기 <수학식 10>에서 계산된 바와 같이 홉의 수가 증가할수록 셀룰라 시스템의 전체 처리율이 증가함을 알 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 멀티 홉 방식을 사용하는 경우 홉 수의 증가에 따른 재사용 효율의 관계를 나타낸 그래프이다.

상기 도 9에서는 서로 다른 2개의 결과를 도시하였다. 상기 2개의 결과 중 하나는 배타 영역이 전송 영역의 1.25배인 경우이고, 나머지 하나는 배타 영역이 전송 영역의 1.5배인 경우이다. 이러한 경우 각각 홉 수가 증가함에 따라 재사용 효율이 증가하는 것을 나타낸 것이다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명을 적용하는 경우에 배타 영역을 1.25배로 두는 경우 단일 홉 방식을 사용하는 경우보다 재사용 효율이 약 2배 가량 증가하며, 배타 영역을 1.5배로 두는 경우 단일 홉 방식을 사용하는 경우보다 재사용 효율이 약 2.4배 가량 증가하는 것을 알 수 있다.

이때 적절한 효율을 보장하기 위해서는 적어도 홉의 수가 3 내지 4 이상이어야 함은 그래프를 통해 확인할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 서로 다른 방식을 사용할 수 있는 복합 무선 통신 시스템을 제공하며, 상기 복합 무선 통신 시스템에서 자원의 재사용 효율을 증대시키고, 처리율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

시분할 듀플렉싱 방식과 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 지원하는 복합 무선 통신 시스템에 있어서,

셀룰라 방식에 근거한 셀룰라 통신 영역을 가지는 기지국과,

상기 셀룰라 통신 영역에 포함되는 복수개의 단말들을 포함하고,

상기 기지국은 사용 가능한 각 주파수 자원을 프레임 단위로 구분하여 통신하고, 각 프레임에 포함되는 스위칭 포인트에서 실시간 서비스 모드와 비실시간 서비스 모드 간의 전환이 수행되도록 하고, 상기 각 프레임마다 상기 실시간 서비스 모드에서는 상기 복수개의 단말들과 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 상기 셀룰라 방식으로 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행하며, 상기 각 프레임마다 상기 비실시간 서비스 모드에서는 상기 시분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 애드 혹 방식으로 상기 복수개의 단말들과 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행함을 특징으로 하는 복합 무선 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 기지국은 상기 비 실시간 서비스 모드에서 상기 기지국으로부터 소정 거리만큼 이격된 단말들 중 하나의 단말을 위성 셀의 게이트웨이로 설정하고, 상기 설정된 게이트웨이로 데이터를 전송한 후 상기 기지국은 인접한 영역에 포함되는 단말들에 대하여 상기 애드 혹 방식의 게이트웨이로 동작함을 특징으로 하는 복합 무선 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 애드 혹 방식의 통신 방법은, 상기 기지국으로부터 단말까지의 거리, 단말들의 밀집 상태 및 밀집된 단말들간의 위치 중 적어도 하나를 고려하여 복수개의 위성 셀들을 구성하고, 상기 구성된 위성 셀들간의 홉 거리가 적어도 2 이상인 위성 셀들 각각에게 동일한 주파수 자원을 할당하고, 상기 할당된 주파수 자원으로 통신을 수행하는 것임을 특징으로 하는 복합 무선 통신 시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 동일한 주파수 자원이 할당된 위성 셀들의 타임 슬롯은 자원 대칭 할당 방법으로 할당됨을 특징으로 하는 복합 무선 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 기지국은 상기 스위칭 포인트를 상기 복수개의 단말들에게 방송하며, 상기 스위칭 포인트가 지시하는 시간은, 상기 복합 무선 통신 시스템에서 요구되는 실시간 서비스의 트래픽 양과 비실시간 서비스의 트래픽 양에 따라 가변됨을 특징으로 하는 복합 무선 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 기지국은 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식으로 목적지 단말과 직접 통신을 수행함을 특징으로 하는 복합 무선 통신 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 기지국은 상기 시간 분할 듀플렉싱 방식으로 게이트웨이 및 중계 노드들 중 적어도 하나를 통해 목적지 단말과 통신을 수행함을 특징으로 하는 복합 무선 통신 시스템.
시분할 듀플렉싱 방식과 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 지원하며, 셀룰라 방식에 근거한 셀룰라 통신 영역을 가지는 기지국의 통신방법에 있어서,

사용 가능한 각 주파수 자원을 프레임 단위로 구분하고, 각 프레임에 포함되는 스위칭 포인트에서 실시간 서비스 모드와 비실시간 서비스 모드 간의 전환이 수행되도록 설정하는 과정과,

상기 각 프레임마다 상기 실시간 서비스 모드에서는 상기 셀룰라 통신 영역에 포함되는 복수개의 단말들과 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 상기 셀룰라 방식으로 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행을 수행하는 과정과,

상기 각 프레임마다 상기 비실시간 서비스 모드에서는 상기 시분할 듀플렉싱 방식을 기반으로 하는 애드 혹 방식으로 상기 복수개의 단말들과 상향 링크 및 하향 링크 통신을 수행하는 과정을 포함하는 기지국의 통신 방법.
제 8항에 있어서,

상기 비 실시간 서비스 모드에서 상기 기지국으로부터 소정 거리만큼 이격된 단말들 중 하나의 단말을 위성 셀의 게이트웨이로 설정하는 과정과,

상기 설정된 게이트웨이로 데이터를 전송한 후 인접한 영역에 포함되는 단말들에 대하여 상기 애드 혹 방식의 게이트웨이로 동작하는 과정을 더 포함 하는 기지국의 통신 방법.
제 8항에 있어서,

상기 애드 혹 방식의 통신 방법은, 상기 기지국으로부터 단말까지의 거리, 단말들의 밀집 상태 및 밀집된 단말들간의 위치 중 적어도 하나를 고려하여 복수개의 위성 셀들을 구성하고, 상기 구성된 위성 셀들간의 홉 거리가 적어도 2 이상인 위성 셀들 각각에게 동일한 주파수 자원을 할당하고, 상기 할당된 주파수 자원으로 통신을 수행하는 것임을 특징으로 하는 기지국의 통신 방법.
제 10 항에 있어서,

상기 동일한 주파수 자원이 할당된 위성 셀들의 타임 슬롯은 자원 대칭 할당 방법으로 할당됨을 특징으로 하는 기지국의 통신 방법.
제 8항에 있어서,

상기 스위칭 포인트를 상기 복수개의 단말들에게 방송하는 과정을 더 포함하며, 상기 스위칭 포인트가 지시하는 시간은, 상기 복합 무선 통신 시스템에서 요구되는 실시간 서비스의 트래픽 양과 비실시간 서비스의 트래픽 양에 따라 가변됨을 특징으로 하는 기지국의 통신 방법.
제 8항에 있어서,

상기 기지국은 상기 주파수 분할 듀플렉싱 방식으로 목적지 단말과 직접 통신을 수행함을 특징으로 하는 기지국의 통신 방법.
제 8항에 있어서,

상기 기지국은 상기 시간 분할 듀플렉싱 방식으로 게이트웨이 및 중계 노드들 중 적어도 하나를 통해 목적지 단말과 통신을 수행함을 특징으로 하는 기지국의 통신 방법.