KR101392592B1 - 멀티홉 무선 시스템을 위한 프레임 구조 - Google Patents

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Abstract

무선 네트워크는 단말들을 직접 서브하거나 중계국을 통해 멀티홉 전송 경로를 통해 서브할 수 있는 기지국을 포함한다. 기지국은 제1 세트의 프레임 제어 정보와 제2 세트의 프레임 제어 정보를 포함하는 다운링크 서브프레임을 전송한다. 제2 세트의 프레임 제어 정보는 제1 세트의 프레임 제어 정보에 비해 다운링크 서브프레임 내에서 다른 위치를 점유한다. 중계국은 다운링크 서브프레임을 단말로, 또는 다른 중계국으로 전송할 수 있는 한편 다운링크 서브프레임 동안에 다른 시각에 일세트의 프레임 제어를 수신할 수 있다. 본 발명은 기지국 및 중계국의 다운링크 전송이 서로 동기되고 기지국 및 중계국의 다운링크 전송이 동일 또는 유사한 주파수 베어러를 점유하는 무선 네트워크에서 특히 유용하다.
멀티홉, 무선 네트워크, 기지국, 중계국, 다운링크 서브프레임

Description

멀티홉 무선 시스템을 위한 프레임 구조{FRAME STRUCTURE FOR A MULTI-HOP WIRELESS SYSTEM}
본 발명은 멀티홉 전송 경로를 지원할 수 있는 무선 전송 시스템에 관한 것이다.
광대역 무선 접속 (Broadband Wireless Access: BWA)을 제공하는 무선 네트워크를 생성하려는 다양한 제안이 있었다. 이 네트워크는 케이블 또는 디지털 가입자 회선 (Digital Subscriber Line: DSL) 기술에 기초한 종래의 유선 네트워크에 대한 대안을 제공할 수 있고, 유선 네트워크가 존재하지 않는 영역에 광대역 접속을 제공하기 위해 사용될 수도 있다. IEEE 802.16-2004에서 설명된 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)는 '고정' 무선 도시지역 네트워크, 즉 정지 단말을 갖는 네트워크에 대한 무선 WMAN 무선 인터페이스(air interface)를 규정한다.
IEEE 802.16의 일 전개로 IEEE 802.16e (모바일 WiMAX, 현재 IEEE 802.16-2005로 채택)가 있는데, 이것은 정지 및 이동 단말을 포함할 수 있는 광대역 네트워크에 대해 공통 광역 광대역 무선 접속 기술을 제공한다. 모바일 WiMAX 무선 인터페이스는 NLOS (non-line-of-sight) 환경에서 개선된 다중경로 성능을 위해 직교 주파수 분할 다중 접속 (Orthogonal Frequency Division Multiple Access: OFDMA)을 이용한다. WiMAX 포럼을 위해 준비되고 http://wimaxforum.org에서 입수가능한, 2006년 2월 21일자, "모바일 WiMAX - 파트 I: 기술적 개관 및 성능 평가"라는 백서 문서에서 개요를 찾아볼 수 있다.
단말들이 기지국으로의 직접 경로에 의해 적절히 서브될 수 없는 상황이 발생한다는 것이 알려졌다. 따라서, IEEE 802.16의 또다른 전개는 기지국과 고정 또는 이동 단말 사이의 멀티홉 (multi-hop) 경로를 지원하는 것이다. 이것은 IEEE 802.16j 또는 모바일 멀티홉 릴레이 (Mobile Multihop Relay: MMR)로 알져져 있다. 도 1은 멀티홉 전송 경로를 이용하는 무선 네트워크(10)의 일례이다. 기지국 (BS)은 단말들 (MS1, MS2, MS3)을 서브한다. 단말 (MS1)은 싱글 홉 전송 경로 2를 통해 기지국 (BS)에 의해 직접 서브된다. 단말 (MS2)은 중계국 (RS1)을 통해 투홉 (two-hop) 전송 경로 3, 4에 의해 서브된다. 단말 (MS3)은 중계국 (RS2 및 RS3)을 통해 쓰리홉 (three-hop) 전송 경로 5, 6, 7에 의해 서브된다. 멀티홉 전송 경로는 싱글 홉 전송 경로가 충분한 품질을 제공하지 못할 때 필요할 수 있다. 이것은 예컨대 기지국 (BS)과 단말 (MS2) 사이에 도시된 언덕(8)과 같이, 기지국 (BS)과 단말 사이의 LOS (line-of-sight) 경로에서의 상당한 물리적 장애에 기인할 수 있다. 중계국은 또한 기지국의 커버리지 영역을 확장하기 위해 기지국의 통상 커버리지 영역의 가장자리에 위치할 수 있다. 기지국들 (BS)은 유선, 또는 무선, 백홀(backhaul) 링크(11)를 통해 데이터 네트워크, 인터넷 또는 PSTN과 같은 다른 네트워크들(14)과 상호접속하는 코어 네트워크(12)에 상호접속된다.
도 2는 IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005)에 의해 규정된 전체 시분할 이중 (time-division duplex: TDD) 프레임의 구조를 도시한다. 이 시스템내 기지국들은 교대로 다운링크로 단말들에 송신하고 업링크로 단말들로부터 수신한다. 각 프레임은 다운링크부 (DL)과 업링크부 (UL)로 분할된다. 시간은 수평축을 따라 도시되고 주파수는 수직축을 따라 도시된다. IEEE 802.16e는 일세트 (예컨대, 1024)의 OFDM 서브캐리어와 함께 OFDM 변조 방식을 이용한다. 결과적으로, 수평 시간축은 OFDM 심볼에 대응하고 수직 주파수축은 OFDM 서브캐리어에 대응한다. 이 시스템이 다수의 단말들을 서브할 때, 이 방식은 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)의 형태이다. 다운링크부는 '프리앰블 세트'(31)로 시작한다. 이것은 프리앰블, 프레임 제어 헤드 (Frame Control Head: FCH), 다운링크 맵 (DL-MAP), 및 업링크 맵 (UL-MAP)을 포함한다. 이 프리앰블은 동기화를 위해 이용되고, 프레임의 제1 OFDM 심볼로서, 모든 OFDM 서브채널에 대해 연장되어 있다. FCH는 프리앰블 다음에 오고 MAP 메시지 길이, 코딩 방식 및 사용가능한 서브채널과 같은 프레임 구성 정보를 제공한다. DL-MAP은 프레임의 DL 섹션에 대한 제어 정보를 반송하고 프레임의 DL부 내의 버스트를 개별 국들에게 할당하는 정보를 반송한다. UL-MAP은 프레임의 UL부 내의 버스트를 개별 국들에게 할당하는 정보를 반송하며 따라서 단말들이 언제 송신할 수 있는지를 규정한다.
기존의 IEEE 802.16-2005 표준이 중계국을 지원하기 위해 어떻게 적용될 수 있는가에 대해 제한이 있다. 기존 단말들과의 역 호환성을 보장하기 위해, 중계국은 임의의 다른 기지국과 동일한 방식으로 단말에 보여야 한다. 이것은 중계국이 기지국과 동일한 방식으로 다운링크 서브프레임의 시작에서 프리앰블 세트를 송신하여야 한다는 것을 말한다. 도 3은 기지국 (BS)에 의해 송신된 다운링크 서브프레임 및 중계국 (RS)에 의해 송신된 다운링크 서브프레임을 도시하는데, 여기서 두 다운링크 서브프레임은 모두 프레임의 시작에서 프리앰블 세트를 갖고 있다. 기지국 (BS) 및 중계국 (RS)의 송신은 동기되어야 한다. 그러나, 중계국 (RS)은 또한 기지국에 의해 송신된 프리앰블 세트(31)를 수신할 필요가 있는데, 이것이 동기화 정보 및 프레임내의 어느 버스트가 중계국에 대한 것으로 예정된 것인지에 대한 정보를 반송하기 때문이다. 도 3에 도시된 방식은 중계국 (RS)이 프리앰블 세트를 단말 (MS)에 송신하는 것과 동시에 기지국으로부터 프리앰블 세트(31)를 수신하는 것을 요구할 것이다. 이 경우, 중계국이 데이터를 송신하는 것과 동시에 동작할 수 있는 수신기 장비를 중계국이 갖고 있을 것을 요구함에 따라 중계국에서 장비의 복잡도가 증가하게 될 것이다. 이것은 또한 많은 중계국 설치에서 달성하기 어렵거나 불가능할 수 있는 수신 경로와 송신 경로 사이의 높은 레벨의 분리(isolation)를 필요로 한다.
WINNER (Wireless World Initiative New Radio) 프로젝트에서 이루어진 한가지 제안은 주파수 도메인에서 중계국과 기지국 전송을 분리하는 것으로 여기서 각 전송은 별개 블록의 OFDM 서브캐리어를 이용한다. 그러나, 이것은 자원낭비가 심하고 또한 달성하기 어려울 수 있는 송신과 수신 경로 사이의 높은 레벨의 분리를 필요로 한다.
본 발명의 제1 양태는, 기지국, 적어도 하나의 단말 및 적어도 하나의 중계국을 포함하는 무선 네트워크 내에서 송신하는 방법으로서, 상기 기지국으로부터 단말에 대한 제1 세트의 프레임 제어 정보 및 중계국에 대한 제2 세트의 프레임 제어 정보를 포함하는 다운링크 서브프레임을 송신하는 단계를 포함하고, 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보에 비해 상기 다운링크 서브프레임 내에서 다른 위치를 점유하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법을 제공한다.
다운링크 서브프레임 내에서 다른 위치에서 제2 세트의 프레임 제어 정보를 제공하는 것은 기지국에 의해 서브되는 중계국이 프레임 제어 정보를 송신하는 것과 동시에 프레임 제어 정보를 수신할 필요가 없다는 점에서 이점이 있다. 중계국은 일반적으로 다운링크 서브프레임의 시작에서 기지국으로부터 송신된 것과 동일한 위치에서 일세트의 프레임 제어 정보를 포함하는 다운링크 서브프레임을 송신할 수 있다. 이것은 단말에 대하여 중계국이 기지국과 동일한 방식으로 보일 수 있게 한다. 중계국은 다운링크 서브프레임 동안에 별개의 시각에 기지국으로부터 제2 세트의 프레임 제어 정보를 수신한다. 본 발명은 기지국과 중계국의 다운링크 전송이 서로 동기되고 기지국과 중계국의 다운링크 전송이 동일한 주파수 베어러 또는 밀접하게 이격된 주파수 베어러를 점유하는 무선 네트워크에서 특히 유용하다.
본 발명의 제2 양태는, 기지국과 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부를 형성하는 중계국을 포함하는 무선 네트워크 내에서 송신하는 방법으로서, 상기 기지국으로부터 제1 세트의 프레임 제어 정보를 포함하는 다운링크 서브프레임을 송신하는 단계; 상기 기지국이 짝수개의 홉을 갖는 상기 기지국과 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 중계국을 서브할 필요가 있는지를 결정하는 단계; 및 그 결정에 기초하여, 상기 다운링크 서브프레임 내의 제2 세트의 프레임 제어 정보를 송신하는 단계를 포함하고, 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보에 비해 상기 다운링크 서브프레임 내에서 다른 위치를 점유하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법을 제공한다.
바람직하게는 상기 방법은 상기 기지국이 단말을 직접 서브할 필요가 있는지 또는 홀수개의 홉을 갖는 상기 기지국과 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 중계국을 서브할 필요가 있는지를 결정하는 단계, 및 그 결정에 기초하여 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보를 송신하는 단계를 더 포함한다.
기지국이 항상 제1 및 제2 세트의 프레임 제어 정보를 모두 송신할 필요가 있는 것은 아닌 상황이 있고 이 상황에서 기지국은 다운링크 서브프레임의 컨텐트를 적응시킬 수 있다는 것을 알았다. 네트워크가 짝수개의 홉을 갖는 멀티홉 경로의 일부를 형성하는 임의의 중계국을 갖지 않는 경우, 기지국은 제2 세트의 프레임 제어 정보를 송신할 필요가 없다. 네트워크 내 모든 단말들이 짝수개의 홉을 갖는 멀티홉 경로의 일부를 형성하는 중계국을 통해 서브되는 경우, 기지국은 제1 세트의 프레임 제어 정보를 송신할 필요가 없다. 기지국은 제1 세트의 프레임 제어 정보에 의해 점유되었을 다운링크 서브프레임 내의 공간을 다른 다운링크 트래픽에 재할당할 수 있거나, 아니면 단순히 다운링크 서브프레임의 그 부분 내에서 송신할 수 없어서, 네트워크 내에서 간섭을 감소시킨다는 점에서 이점이 있다.
본 발명의 또다른 양태는, 기지국, 중계국 및 단말을 포함하는 무선 네트워크 내에서 중계국을 동작시키는 방법으로서, 상기 중계국으로부터 제1 세트의 프레임 제어 정보를 포함하는 다운링크 서브프레임을 송신하는 단계; 및 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보의 시각과는 다른 다운링크 서브프레임 내의 시각에서 제2 세트의 프레임 제어 정보를 수신하는 단계를 포함하는 중계국 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 양태는, 기지국, 복수의 중계국 및 단말을 포함하는 무선 네트워크 내에서 중계국을 동작시키는 방법으로서, 상기 기지국과 상기 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 상기 중계국으로부터 다운링크 서브프레임을 송신하는 단계; 및 상기 다운링크 서브프레임 내에 제1 세트의 프레임 제어 정보 및 제2 세트의 프레임 제어 정보 중 하나를 선택적으로 포함하는 단계를 포함하고, 상기 제1 및 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 다운링크 서브프레임 내에서 서로 다른 위치를 점유하고, 상기 멀티홉 경로 내에서의 상기 중계국의 위치에 따라 선택이 이루어지는 중계국 동작 방법을 제공한다.
이런 식으로, 셋 이상의 홉의 멀티홉 경로는 다운링크 서브프레임 내의 두개의 위치가 프레임 제어 정보를 위해 예비되도록 요구하면서 실현될 수 있다. 일반적으로, 다운링크 서브프레임 내 프레임 제어 정보의 위치는 제1 위치와 제2 위치 사이에서 교대할 것이다.
상기 각 양태에서, 제2 세트의 프레임 제어 정보는 제1 세트의 프레임 제어 정보의 포맷에 비해 수정된 포맷을 갖는 것이 바람직하다. 이것은 단말이 잘못된 세트의 프레임 제어 정보에 대해 동기하는 것을 방지하도록 돕는다. 제2 세트의 프레임 제어 정보의 수정 포맷은 다른 의사 잡음 (PN) 코드를 이용한 인코딩 또는 PN 코드에서 오프셋을 이용한 인코딩을 포함할 수 있다. 이 수정 포맷은 제2 세트의 프레임 제어 정보를 다운링크 서브프레임 내에서 분산된 복수의 세그먼트로 분할하는 것을 포함할 수 있다. 이 세그먼트 세트는 추가적으로 다른 PN 코드 또는 PN 코드에서의 오프셋으로 코딩될 수 있다.
단말은 이동 무선국 또는 고정 무선국일 수 있다. 중계국은 전용 중계국 또는 중계국으로 동작하는 기능을 포함하는 단말일 수 있다.
본 발명은 전송이 IEEE 802.16의 TDD 변형과 같은 시분할 이중 (즉, 다운링크 서브프레임과 업링크 서브프레임이 시분할 기반에서 동일한 주파수 베어러를 공유)인 시스템에 적용될 수 있다. 본 발명은 또한 다운링크 서브프레임과 업링크 서브프레임이 서로 다른 주파수 베어러 상에서 송신되는 주파수 분할 이중 (FDD) 방식에 적용될 수 있다. 다운링크 및 업링크 서브프레임은 서로 다른 주파수 베어러에서 서로 다른 시간에 발생할 수 있고, 또는 이들 사이에서 부분 또는 완전 중첩될 수 있다. 상기 각 변형에서, 다수의 단말로/로부터 다운링크 트래픽과 업링크 트래픽은 시간 다중화 기반에서 (TDMA) 공통의 다운링크 및/또는 업링크 서브프레임을 공유할 수 있다. 이와 달리, 또는 추가적으로, 주파수 베어러는 OFDM 서브채널과 같은 일세트의 주파수 서브채널로서 실현될 수 있고, 다운링크 및/또는 업링크 서브프레임의 자원은 주파수 및/또는 시분할 기반에서 (예컨대, OFDMA) 다수의 단말들 사이에서 공유될 수 있다. 본 발명은 HSOPA (High Speed OFDM Packet Access)/LTE (Long Term Evolution) 및 WINNER (Wireless World Initiative New Radio) 프로젝트에 적용될 수 있다.
본 발명의 또다른 양태들은 상기 방법들 및 상기 방법들의 바람직한 특징들을 구현하도록 구성된 기지국용 송수신기 장치 및 중계국용 송수신기 장치를 제공한다.
상기 기능은 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 본 발명은 몇개의 별개 요소들을 포함하는 하드웨어에 의해, 및 적절히 프로그램된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 양태는 본 발명의 상기 양태들 중 임의의 것을 구현하는 소프트웨어를 제공한다.
소프트웨어는 전자 메모리 장치, 하드 디스크, 광 디스크 또는 다른 머신 판독 저장 매체에 저장될 수 있다. 소프트웨어는 머신 판독 캐리어에서 컴퓨터 프로그램 제품으로서 제공될 수 있고 또는 네트워크 연결을 통해 기지국 또는 중계국으로 다운로드될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 중계국을 지원하는 무선 통신 시스템을 도시한다.
도 2는 IEEE 802.16e (IEEE 802.16-2005)에서 규정된 무선 전송에 대한 프레임 포맷을 도시한다.
도 3은 기지국 및 중계국에 의한 다운링크 전송의 요건을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 기지국에 의해 송신되는 다운링크 서브프 레임의 포맷을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 단말을 서브하는 중계국에 의해 송신되는 다운링크 서브프레임의 포맷을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 기지국과 단말 사이의 쓰리홉 (three-hop) 경로에서 사용되는 다운링크 서브프레임들의 포맷을 비교한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 기지국과 단말 사이의 포홉 (four-hop) 경로에서 사용되는 다운링크 서브프레임들의 포맷을 비교한다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 기지국에 의해 송신되는 다운링크 서브프레임의 포맷을 도시한다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따라 기지국에 의해 송신되는 다운링크 서브프레임의 포맷으로 제2 프리앰블 세트가 분할되어 있다.
도 10은 기지국에서의 송수신기 장치를 도시한다.
도 11은 중계국에서의 송수신기 장치를 도시한다.
본 발명의 실시예들에 대해 도 1에 도시된 유형의 무선 시스템(10)을 참조하여 설명하기로 한다. 도 1에서, 기지국 (BS)은 직접 전송 경로 및 중계국 (RS1-RS3)을 이용하는 멀티홉 전송 경로를 통해 일 세트의 단말 (MS1-MS3)을 서브한다. 도 4는 다운링크 서브프레임(20) 및 업링크 서브프레임(25)으로 분할되는 기지국 (BS)에 의해 송신되는 시분할 이중 (time-division duplexed) 전송 프레임의 제1 실시예를 도시한다. 상기한 바와 같이, 기지국 (BS), 중계국 (RS1-RS3) 및 단말 (MS1-MS3)은 모두 시분할 이중 전송 프레임에 동기된다.
본 실시예에서, 기지국에 의해 송신되는 다운링크 서브프레임(20)은 두 부분(30, 40)으로 분할된다. 제1 부분(30)은 제1 프리앰블 세트(31)로 시작한다. 제1 프리앰블 세트(31)는 최종 단말 (예컨대, 이동국 또는 고정 무선 단말)에 대한 것으로 예정된 제어 정보를 반송한다. 도 2와 관련하여 상술한 바와 같이, 제1 프리앰블 세트(31)는 프리앰블, 프레임 제어 헤드 (Frame Control Head: FCH), 다운링크 맵 (DL-MAP), 및 업링크 맵 (UL-MAP)을 포함한다. 다운링크 서브프레임(20)의 일부분(30)의 나머지는 다운링크 트래픽을 반송한다. 이것은 두 부분으로 분할되는데, 제1 부분(36)은 BS-RS 트래픽 (즉, 도 1에서 단말 (MS2 및 MS3)에 대한 트래픽의 경우에서와 같이, 중계될 트래픽)을 반송하기 위해 사용되고, 다른 부분(37)은 BS-MS 트래픽 (즉, 도 1에서 단말 (MS1)에 대한 트래픽의 경우에서와 같이, 단말에 직접 전달될 트래픽)을 반송하기 위해 사용된다. 다운링크 서브프레임(20)의 제2 부분(40)은 제2 프리앰블 세트(41)로 시작한다. 본 실시예에서, 제2 프리앰블 세트(41)는 제1 프리앰블 세트와 동일한 포맷을 갖고, 프리앰블, FCH, DL-MAP 및 UL-MAP을 포함한다. 제2 프리앰블 세트(41)에 포함된 정보는 도 1에서 기지국 RS1과 같은 기지국에 의해 직접 서브되는 시스템 내의 중계국들에 대한 것으로 예정된 것이다. 다운링크 서브프레임(20)의 일부분(40)의 나머지는 또다른 다운링크 트래픽을 반송한다. 이것은 두 부분으로 분할되는데, 제1 부분(46)은 RS-MS 트래픽 (즉, 도 1에 도시된 경로 4와 같은 중계기에 의해 재송신될 트래픽)을 반송하기 위해 사용되고, 다른 부분(47)은 BS-MS 트래픽 (즉, 기지국에 의해 직 접 단말로 전달될 트래픽)을 반송하기 위해 사용된다. BS (섹션 36, 37, 47) 및 RS (섹션 46)의 트래픽 전송은 다운링크 서브프레임의 서로 다른 부분 (시간 및 주파수의 면에서)에서 이들을 위치시킴으로써 직교하게 된다는 것을 알 수 있다. 이것은 기지국 (BS)과 중계국 (RS)의 전송 사이에서 간섭을 피하도록 돕는다. 업링크의 세부사항은 본 발명에서 중요하지 않지만, 단말들과 중계국들에게는 업링크 프레임(25) 내에서 데이터를 송신할 수 있는 버스트가 개별적으로 할당되고, 마찬가지로 이것은 중계국들로부터의 업링크 트래픽과 단말들로부터의 업링크 트래픽 사이의 간섭을 방지할 것이다.
도 4에 도시된 다운링크 서브프레임(20)은 중계국 (RS)과 단말 (MS)에 의해 수신될 것이다. 제1 프리앰블 세트 내에 반송되는 다운링크 맵 (DL-MAP)은 DL 서브프레임 내의 어디에서 그 단말에 대해 예정된 데이터를 찾을지에 대해 단말에 지시한다. 예컨대, 섹션(37, 47) 내의 특정 버스트 (슬롯) 내에서 데이터를 찾도록 단말에 지시할 수 있다. 제2 프리앰블 세트 내에 반송되는 다운링크 맵 (DL-MAP)은 중계국들에 의해서만 수신되고, 다운링크 서브프레임(20) 내의 어디에서 데이터를 찾을지에 대해 중계국에 지시한다. 예컨대, 섹션(36) 내의 버스트 #3에서 찾도록 중계국 (RS1)에 지시할 수 있다. 단말 (MS)로의 최종 홉에 대해, 중계국은 제1 프리앰블 세트(31)에 대한 데이터를 생성한다. 이것은 중계국이 기지국으로서 보이게 하여, 기존 단말들과의 역 호환이 허용된다.
다운링크 서브프레임(20)은 시스템 내의 무선 송수신기가 데이터 송신과 데이터 수신 사이에서 (또는 그 반대) 스위칭하기에 충분한 시간을 허용할 몇개의 가 드(guard) 공간을 포함한다. 수신/송신 전이 갭 (Receive/Transmit Transition Gap: RTG)(22)은 프레임의 시작에서 기지국이 업링크 상의 데이터 수신과 다운링크 상의 데이터 송신 사이에서 스위칭하도록 허용한다. 송신/수신 전이 갭 (TTG)(23)은 기지국이 다운링크 상의 데이터 송신과 업링크 상의 데이터 수신 사이에서 스위칭하도록 허용하고, 마찬가지로 임의의 단말 또는 중계국이 다운링크 상의 데이터 수신과 업링크 상의 데이터 송신 사이에서 스위칭하도록 허용한다. 갭(22, 23)은 또한 업링크와 다운링크 트래픽 사이의 충돌을 방지한다. RTG(22)와 TTG(23)는 IEEE 802.16e TDD 프레임의 기존 부분들이다. 두개의 추가 가드 공간이 도 4에 도시된 프레임에서 추가된다. 첫째로, TTGR(35)은 다운링크 상의 제1 프리앰블 세트(31)를 단말 (또는 다른 중계국)로 송신하는 것과 다운링크 상의 데이터를 기지국 (또는 다른 중계국)으로부터 수신하는 것 사이에서 중계국이 스위칭하도록 허용한다. 둘째로, RTGR(45)은 다운링크 상의 제2 프리앰블 세트(41)을 기지국 (또는 다른 중계국)으로부터 수신하는 것과 다운링크 상의 데이터를 단말 또는 다른 중계국으로 송신하는 것 사이에서 중계국이 스위칭하도록 허용한다. TTGR 및 RTGR은 중계국의 이익을 위해 추가되고 모든 서브캐리어에 대해 연장될 필요가 없다. 따라서, 프레임의 부분들(37, 47)은 이 간격을 포함할 필요가 없다. 일반적으로, 갭(35, 45)은 정수개의 심볼이다.
각 중계국 (RS)에 의한 전송은 OFDM 서브채널의 좁은 범위에 제한되는 것이 바람직하고 RS 파워의 최적 사용을 위해 최대 시간을 이용한다.
도 5는 중계국 (RS)에 의해 단말 (MS)로 송신되는 다운링크 서브프레임(120)을 도시한다. 제1 프리앰블 세트(131)는 다운링크 서브프레임의 시작에서 중계국에 의해 송신된다. 제1 프리앰블 세트는 기지국(31, 도4)에 의해 송신된 제1 프리앰블 세트와 동일한 포맷을 갖는데 이는 기존(레거시) 단말에 의해 올바로 수신되고 디코딩될 수 있음을 보장하기 위해서이다. 제1 프리앰블 세트의 컨텐트는 기지국에 의해 송신된 제1 프리앰블 세트의 컨텐트에 비해 수정될 수 있다. 특히, 중계국에 의해 송신된 제1 프리앰블 세트(131)의 DL-MAP부는 그 중계국 (RS)에 의해 서브되는 이들 단말 (MS)에 대한 다운링크 서브프레임 내의 데이터 버스트의 위치를 특정하는 데이터만을 포함할 수 있다. 이 예에서, 이 중계국은 RS-MS 트래픽을 위해 예비된 프레임의 섹션(146) 내의 버스트(150) 내의 데이터를 송신한다. 중계국 (RS)의 전송이 기지국 (BS) 및 임의의 다른 중계국 (RS)의 전송과 직교할 때, 도 5에 도시된 다운링크 프레임은 RS-MS 트래픽에 대해 예비된 버스트(150)와 상관없이 임의의 다른 트래픽을 포함하지 않는다.
상기한 바와 같이, 중계국 (RS)에 의해 송신되는 DL-MAP의 컨텐트는 기지국 (BS)에 의해 송신되는 것과 다를 수 있다. 일반적으로, BS에 의해 송신되는 제1 프리앰블 세트 내의 DL-MAP이 중계국 (RS)에 의해 서브되는 단말에 대한 데이터를 포함할 필요가 없다. 마찬가지로, 일반적으로 RS에 의해 송신되는 제2 프리앰블 세트 내의 DL-MAP이 기지국 (BS)에 의해 직접 서브되는 단말에 대한 데이터를 포함할 필요가 없다.
중계국의 동작에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 시간 t0와 t1 사이에서, 중계국 (RS)은 다운링크 서브프레임의 제1 프리앰블 세트(131)를 송신한다. 동일 시간 간격 동안에, 기지국은 제1 프리앰블 세트(31)를 송신한다. 중계국은 기지국에 의해 송신된 제1 프리앰블 세트(31)를 무시한다. 시간 t1에서, 중계국은 기지국으로부터 수신된 모든 다운링크 트래픽(36)을 수신하도록 스위칭하여, 수신하기 시작하고 버퍼링한다. 본 예에서, 프레임의 이 부분(36)만이 기지국(BS)과 중계국 (RS) 사이에서 트래픽을 송신하기 위해 사용되고 중계국은 이 프레임의 부분(36)으로부터 트래픽을 수신하고 버퍼링하기만 하면 된다. 이 지점에서, 중계국은 버퍼링된 트래픽의 어느 것이 자신을 위해 예정된 것인지 알지 못한다. 시간 t3에서, 중계국은 기지국으로부터 제2 프리앰블 세트(41)를 수신하기 시작한다. 이 프리앰블은 동기를 얻기 위해 사용된다. 타이밍 오프셋은 프레임의 시작을 확립하기 위해 적용된다. 제2 프리앰블 세트(41) 내의 DL-MAP은 어느 트래픽을 중계하여야 하는지 중계국에 지시한다. DL-MAP은 또한 중계국이 트래픽을 어느 단말로 재송신하여야 하는지 특정할 수 있고, 또는 DL-MAP과는 별개의 메커니즘이 라우팅 알고리즘에서 유도된 포워딩 테이블과 같은 이 정보를 유도하기 위해 사용될 수 있다. 시간 t4에서, 중계국은 송신을 준비로 스위칭한다. 본 예에서, 중계국은 버스트/슬롯(150)에서 시간 t5에서 송신한다.
이 시스템 내의 단말 (MS)은 일반적으로 기지국 (BS)으로부터 또는 중계국 (RS)으로부터 다운링크 프레임을 수신할 것이다. 단말이 도 4에 도시된 유형의 기지국 (BS)으로부터 직접 프레임을 수신하면, 그것은 제1 프리앰블 세트(31)를 수신하고, 제1 프리앰블 세트(31) 내의 프리앰블을 이용하여 프레임 동기를 획득하고, 다운링크 서브프레임 내의 트래픽을 언제 수신하여야 하는지를 결정하기 위해 다운링크 맵 (DL-MAP)을 이용할 것이다. 단말이 도 5에 도시된 유형의 중계국 (RS)으로부터 직접 프레임을 수신하면, 그것은 제1 프리앰블 세트(131)를 수신하고, 제1 프리앰블 세트(131) 내의 프리앰블을 이용하여 프레임 동기를 획득하고, 다운링크 서브프레임 내의 트래픽을 언제 수신하여야 하는지를 결정하기 위해 다운링크 맵 (DL-MAP)을 이용할 것이다. 다운링크 서브프레임이 기지국에 의해 송신되는 제1 프리앰블 세트와 동일한 포맷으로 프레임의 시작에서 제1 프리앰블 세트를 가질 때, 단말은 중계국의 사용에 의해 영향받지 않으며 이 단말은 중계국을 통해 전송을 수신하도록 수정될 필요가 없다.
단말 (MS)은 기지국 (BS) 및 하나 이상의 중계국 (RS)으로부터 다운링크 프레임을 수신할 수 있지만, 대부분의 경우, 한 전송은 다른 전송 보다 더 강하게 수신될 것이다. 프레임의 직교 분할은 기지국 (BS)과 중계국 (RS)의 트래픽 전송 사이에서의 간섭을 방지한다.
상기 동작은 하나의 중계국 (RS)을 통한 기지국 (BS)과 단말 (MS) 사이의 투홉 (two-hop) 전송 경로를 가정한다. 본 발명을 셋 이상의 홉의 경로에 적용할 수 있다. 첫째, 쓰리홉 (three-hop) 경로는 두개의 중간 중계국 (도 1에서 RS2, RS3)이 사용되는 경우에 고려될 것이다. 쓰리홉 경로의 경우, 또다른 프리앰블 세트가 또다른 중계국에 의한 사용을 위해 다운링크 서브프레임으로 삽입될 수 있지만 이것은 트래픽을 반송하기 위해 이용가능한 자원의 양을 감소시킬 것이다. 더 바람직하게는, 제1 및 제2 프리앰블 세트가 도 6에 도시된 방식으로 이용된다. 멀티홉 경로에서의 최종 중계국 (RS3)은 단말 (MS)이 프리앰블 세트를 찾을 것으로 예상하는 위치에서 프레임의 시작에서 제1 프리앰블 세트를 송신하여야 한다. 이것은 멀티홉 경로의 나머지에서 무엇이 일어나는지를 결정한다. 중계국 (RS3)이 다운링크 서브프레임의 시작에서 제1 프리앰블 세트를 송신하여야 할 때, 이 경로를 따라 이전의 중계국 (RS2)은 다운링크 서브프레임의 중간에서 제2 프리앰블 세트를 송신하여야 한다. 중계국 (RS2)이 제2 프리앰블 세트를 송신하고 있을 때, 중계국 (RS2)은 다운링크 서브프레임의 시작에서 기지국 (BS)으로부터 제1 프리앰블 세트를 수신하여야 한다. 이 구성은 임의의 중계국이 프리앰블 세트에 대해 예비된 다운링크 서브프레임 내 공간을 효율적으로 사용하면서 송신과 수신을 동시에 할 필요를 방지한다는 것을 알 수 있다. 본 예에서, 기지국 (BS)에 의해 송신된 제1 프리앰블 세트는 기지국 (BS)와 중계국 (RS2)에 의해 직접 서브되는 단말 (MS)에 의해 수신된다는 것을 알 수 있다. 제2 프리앰블 세트는 도 1에서 RS1처럼 다른 중계국에 의해 수신될 수 있다. 도 6에서, 각 홉에서의 트래픽이 다운링크 서브프레임의 제1 트래픽 반송부(36)와 제2 트래픽 반송부(46) 사이에서 교대한다는 것을 알 수 있다. 이것은 각 중계국이 트래픽의 송신과 수신을 동시에 할 필요성을 피한다.
이 방식은 쓰리홉 보다 더 많은 전송 경로에 적용될 수 있다. 도 7은 기지국 (BS)과 단말 (MS) 사이의 포홉 (four-hop) 경로를 도시한다. 명료하게 하기 위해, 기지국 (BS)과 단말 (MS) 사이의 3개의 중계국은 RS1-RS3로 표기한다. 이 표기는 도 1에 도시된 중계국에 사용된 것에 대응하지 않는다. 되돌아 가면, 중계국 (RS3)은 제1 프리앰블 세트를 단말 (MS)로 송신하고 중계국 (RS2)으로부터 제2 프 리앰블 세트를 수신한다. 중계국 (RS2)은 제2 프리앰블 세트를 중계국 (RS3)으로 송신하고 중계국 (RS1)으로부터 제1 프리앰블 세트를 수신한다. 중계국 (RS1)은 제1 프리앰블 세트를 중계국 (RS2)으로 송신하고 기지국 (BS)으로부터 제2 프리앰블 세트를 수신한다. 기지국 (BS)은 제1 및 제2 프리앰블 세트를 송신한다. 각 홉에서의 트래픽은 다운링크 서브프레임의 제1 트래픽 반송부(36)와 제2 트래픽 반송부(46) 사이에서 번갈아 일어난다. 도 4-7에 도시된 프레임 포맷을 이용하여, 중계국은 제2 프리앰블 세트를 송신하고 있으면 다운링크 서브 프레임의 트래픽 반송부(36)에서 트래픽을 송신할 필요가 있고 제1 프리앰블 세트를 송신하고 있으면 다운링크 서브프레임의 트래픽 반송부(46)에서 트래픽을 송신할 필요가 있다. 이것은 다운링크 서브프레임이 트래픽 반송부(36)의 끝과 제2 프리앰블 세트의 시작 사이의 갭을 포함하지 않기 때문이다. 그러나, 인접한 홉에서 다운링크 서브프레임의 제1 및 제2 트래픽 반송부(36, 46)를 교대로 이용하는 일반 원리를 따르면서, 다운링크 서브프레임의 특정 구조를 변경하는 것은 다른 조합을 허용할 것이라는 것을 당업자라면 이해할 것이다.
각 송신 중계국 (RS)은 자신과 단말 (MS) 사이에 홉이 얼마나 있는지 알아야 한다. 단말 (MS) 직전의 중계국 (RS)은 프레임의 시작에서 프리앰블 세트를 송신하여야 한다. 끝에서 두번째 중계국 (RS)은 프레임의 중간에서 프리앰블 세트를 송신하여야 한다. 경로 초반부의 중계국에 의해 송신된 프리앰블 세트의 위치는 교대할 것이고, MS로 향하는 경로에서 다음 RS가 프레임의 중간에서 송신하고 있으면 프레임의 시작에, 또는 MS로의 경로에서 다음 RS가 프레임의 시작에서 송신하고 있으면 프레임의 중간에 있을 것이다. 일반적으로, 짝수개의 홉 (2, 4, 6...)을 갖는 멀티홉 경로의 경우, 기지국 (BS)으로부터 제1 홉은 제2 프리앰블 세트(41)를 수신하기 위해 제1 중계국 (RS)을 필요로 할 것이다. 홀수개의 홉 (3, 5,...)을 갖는 멀티홉 경로의 경우, 기지국 (BS)으로부터의 제1 홉은 제1 프리앰블 세트(31)를 수신하기 위해 제1 중계국 (RS)을 필요로 할 것이다. 기지국과 단말 사이의 홉의 수 및 전체 멀티홉 경로 내의 특정 중계국의 위치는 각 중계국 (분산 라우팅 방식) 또는 기지국과 그후 중계국들로의 배포 (중앙 라우팅 방식)에 의해 알 수 있다.
도 4-7은 대략 동일한 두 부분(30, 40)으로 분할되는 다운링크 서브프레임(20)으로 제2 프리앰블 세트는 다운링크 서브프레임(20) 내의 중간에 위치한다. 그러나, 이것은 다운링크 서브프레임에 대한 가능한 포맷의 일례로서 도시된다. 다운링크 서브프레임의 분할은 똑같게 할 필요는 없다. 또한, 이 분할은 필요하다면 서로 다른 트래픽 카테고리들 (BS-RS 트래픽, RS-MS 트래픽, RS-RS 트래픽, BS-MS 트래픽) 사이의 비율에 따라 프레임별로 변경될 수 있다. 특정 프레임에 대한 프레임 포맷은 프리앰블 세트에서 시그널될 수 있다. 도 4-7에 도시된 것의 대안으로서, 제2 프리앰블 세트(41)는 제1 프리앰블 세트(31)에 의해 점유된 위치가 아닌 다운링크 서브프레임(20) 내 임의의 위치에 위치할 수 있다. 도 8은 다운링크 서브프레임에 대한 포맷의 다른 예로서, 제2 프리앰블 세트(341)가 제1 프리앰블 세트(31) 직후에 뒤따른다. 제2 프리앰블 세트가 모든 주파수 서브캐리어에 대한 프리앰블로 시작하는 것이 바람직하므로, 제1 프리앰블 세트(31)의 끝과 제2 프리 앰블 세트(341)의 시작 사이의 공간은 BS-MS 트래픽과 같은 트래픽을 반송하도록 이용된다. 제1 프리앰블 세트와 제2 프리앰블 세트 사이에 BS-RS 트래픽이 있도록 (도 4-7에서와 같이) 제2 프리앰블 세트(341)이 다운링크 서브프레임(20) 내에 위치하면, RS는 제2 프리앰블 세트가 수신되는 지점까지 수신 프레임을 버퍼링하도록 요구될 것이다. 중계국 (RS)은 RS가 어느 데이터를 추출하고 중계하여야 하는지를 결정하기 위해 제2 프리앰블 세트 (특히 DL-MAP)에서 정보를 필요로 한다. 따라서, 다운링크 서브 프레임의 BS-RS 섹션(336) 동안 수신된 모든 트래픽은 RS에 의해 버퍼링되어야 한다. 제2 프리앰블 세트 내의 DL-MAP이 일단 수신되면, RS는 버퍼 내의 어느 데이터를 중계할 필요가 있는지 결정할 수 있다. 제2 프리앰블 세트(341)가 제1 프리앰블 세트(31) 직후에 뒤따르면, 도 8에 도시된 바와 같이, 버퍼링은 이 목적을 위해 필요하지 않다 (다른 이유로 필요할 수는 있지만). IEEE 802.16에서, 제1 프리앰블 세트(31)는 프레임의 시작에 항상 위치하여야 하는데, 이는 MS가 발견할 것으로 예상하는 위치이기 때문이다.
무선 시스템 내의 단말들은 수신 신호 내의 제1 프리앰블 세트를 찾고 이 프리앰블을 이용하여 프레임 동기를 획득한다. IEEE 802.16의 경우, 프리앰블은 일군의 OFDM 서브캐리어에 의해 반송되는 의사 잡음 (pseudo noise: PN) 코드 시퀀스를 포함하고, 각 서브캐리어는 특정 성상(constellation) 값으로 변조된다. 제2 프리앰블 세트를 다운링크 서브프레임에 추가한 결과 중 하나는 단말이 두개의 프리앰블 세트의 존재에 의해 혼동될 수 있고 잘못된 프리앰블로 고정될 수 있다는 점이다. 이 문제를 해결하는 4가지 가능한 방법에 대해 설명하기로 한다.
첫째, 제2 프리앰블 세트 내의 프리앰블은 제1 프리앰블 세트 내의 프리앰블에 비해 다른 의사 잡음 코드 시퀀스를 반송할 수 있다. 단말에서 동기 획득 회로는 국부 저장된 코드 시퀀스를 수신 신호에서 코드 시퀀스와 상관시키려는 상관기를 포함한다. 제2 프리앰블이 단말에서 상기 국부 저장된 것과 다른 코드를 사용하면, 이 단말은 제2 프리앰블에 잘못 동기될 리 없다.
둘째, 제2 프리앰블 세트 내의 프리앰블은 제1 프리앰블 세트 내의 프리앰블에 대해 사용되는 PN 코드 시퀀스에 비해 오프셋된 PN 코드 시퀀스를 이용할 수 있다. 이런 식으로, 단말은 제2 프리앰블을 무시할 것이다. WiMAX 시스템에서, PN 코드가 주파수 도메인에서 적용되어, 서브캐리어 0은 코드의 심볼 0과 XOR 연산되고, 서브캐리어 1은 심볼 1과 XOR 연산된다. 결과적인 코딩된 서브캐리어는 역고속 푸리에 변환 (Inverse Fast Fourier Transform: IFFT)과 같은 주파수 도메인 대 시간 도메인 변환을 통해 전달된다. 오프셋은 단순히 서브캐리어 0을 코드 심볼 10과, 서브캐리어 1을 심볼 11과 XOR 연산함으로써 이 코드에 적용될 수 있다. 이것은 일례일 뿐이다. 오프셋의 다른 값들이 사용될 수 있다. 오프셋 코드는 원 코드와 양호한 교차 상관 특성을 갖고, 즉 수신기가 오프셋 코드를 원 코드와 교차상관시키면 낮은 결과가 얻어진다. 이것은 이용가능한 코드 수가 제한되고 각 기지국과 각 중계국에 서로 다른 코드를 제공하기에 불충분하면 유리할 수 있다. 이 상황은 예컨대 밀집된 도시 전개에서 발생할 수 있다.
셋째, 제2 프리앰블 세트는 다운링크 서브프레임 내에서 분포되는 복수의 세그먼트로 나뉠 수 있다. 도 9는 제2 프리앰블 세트가 이렇게 분포되는 다운링크 서브프레임의 일례를 도시한다. 프리앰블은 4개의 세그먼트(401-404)로 분할된다. 다운링크 맵 (DL-MAP)은 3개의 세그먼트(406-408)로 분할되고 업링크 맵 (UL-MAP)은 2개의 세그먼트(409, 410)로 분할된다. 중계국에는 이 세그먼트들이 프레임 내 어디에 위치하는지에 대한 정보가 제공된다. 도 8에 도시된 방식은 분할이 어떻게 달성될 수 있는지의 일례일 뿐임은 물론이다. 제2 프리앰블 세트의 각 부분 (프리앰블, FCH, DL-MAP, UL-MAP)은 서로 다른 갯수의 세그먼트로 나뉠 수 있고 프레임 내 이 세그먼트들의 위치는 도시된 것과 다를 수 있다. 제2 프리앰블 세트의 분할은 고정될 수 있는데, 즉 제2 프리앰블 세트는 항상 다운링크 서브프레임 내의 동일한 상대/절대 위치를 갖는 동일 갯수의 세그먼트들로 분할된다. 이 경우, 제2 프리앰블 세트의 세그먼트들을 어디에서 찾을 것인지에 대한 정보는 각 중계국에 프로그램 (하드 와이어드(hard-wired))될 수 있다. 이와 달리, 제2 프리앰블 세트의 분할은 예컨대 서로 다른 분할 방식을 사용하는 서로 다른 기지국들로 시간에 따라 또는 영역에 따라 달라질 수 있다. 이 경우, 제2 프리앰블 세트의 분할에 대한 정보가 중계국으로 시그널될 수 있다. 단말들은 제2 프리앰블 세트에 대한 이 정보를 갖고 있지 않아서 단순히 이 세그먼트들을 무시할 것이다. 바람직하게는, 분포된 제2 프리앰블 세트의 프리앰블은 상기한 바와 같이 제1 프리앰블 세트의 프리앰블과 달리 코딩된다. 프리앰블 세트 내의 프리앰블은 단말로의 프레임의 시작을 나타내고 따라서 단말들로부터 숨기는 것이 특히 중요한 프리앰블 세트의 일부이다.
넷째, 제2 프리앰블 내 동기 시퀀스는 스크램블링 시퀀스와 같은 상관 특성 을 방해하도록 설계된 임의 시퀀스와 조합될 수 있다. 이것은 주파수 도메인이나 시간 도메인에서 발생할 수 있다. 일례로, 프리앰블은 스크램블링 코드에 의해 시간 도메인에서 우선 곱해진다 (일반적으로 XOR 연산된다). 이런 식으로, 단말들 중 어느 것도 스크램블된 시퀀스를 진정한 동기 시퀀스와 혼동하지 않을 것이다. 숨겨진 심볼을 찾을 때 중계국 (RS)은 먼저 임의 시퀀스에 의해 곱하여 (XOR) 그 샘플을 언스크램블(unscramble)할 것이고, 그후 실제 시퀀스에 대한 상관을 수행할 것이다. 중계국 (RS)에서의 동기 발견 상관기는 이 디스크램블링 곱셈기로 증대된다.
상기 방식들에서, 기지국은 단말들과 중계국들의 혼합을 직접 서브하고 따라서 제1 프리앰블 세트와 제2 프리앰블 세트를 포함하는 다운링크 서브프레임을 송신한다고 가정하였다. 이것은 통상적인 경우이다. 프리앰블 세트들 중 하나만이 송신될 필요가 있는 상황이 있다. 네트워크 내의 어느 국들이 각 프리앰블 세트를 사용한다고 가정하면, 다음을 알 수 있다:
(1) 제1 프리앰블 세트는 기지국이 직접 단말을 서브하고 네트워크내 단말들이 홀수개의 홉을 갖는 멀티홉 경로의 일부를 형성하는 중계국들을 통해 서브되는 경우에 필요하다.
(2) 제2 프리앰블 세트는 네트워크내 단말들이 짝수개의 홉을 갖는 멀티홉 경로의 일부를 형성하는 중계국들을 통해 서브되는 경우에 필요하다.
기지국이 제2 프리앰블 세트를 송신할 필요가 없으면, 기지국은 제2 프리앰블 세트에 의해 점유되었을 다운링크 서브프레임 내의 공간을 다른 다운링크 트래 픽에 재할당할 수 있거나 아니면 단순히 다운링크 서브프레임의 상기 일부 내에서 송신할 수 없다. 기지국이 제1 프리앰블 세트를 송신할 필요가 없으면 기지국은 제1 프리앰블 세트에 의해 점유되었을 다운링크 서브프레임 내의 공간을 다른 다운링크 트래픽에 재할당할 수 있거나 아니면 단순히 다운링크 서브프레임의 상기 일부 내에서 송신할 수 없다. 단말들이 기지국으로부터의 제1 프리앰블 전송을 간섭함 없이 중계국에 의해 송신된 제1 프리앰블 세트를 수신할 것이므로, 송신하지 못하는 경우는 네트워크 내에서 간섭을 감소시키는 데 이점을 가질 수 있다. 기지국이 임의의 단말을 직접 서브하지 않으면, 다운링크 서브프레임의 트래픽 반송부(37, 47)는 중계국-단말 (RS-MS) 또는 중계국-중계국 (RS-RS) 트래픽을 반송하는 것에 재할당될 수 있다. 중계국이 전혀 없으면, 다운링크 서브프레임의 부분들(36, 46)은 기지국-단말 트래픽을 반송하는 것에 재할당될 수 있다.
기지국은 어떤 종류의 국들 (중계국, 단말)을 서브하고 있는지, 그리고 각 국과의 연결을 확립할 때 획득된 정보로부터 각 경로 내의 홉의 수를 결정할 수 있고, 이 정보에 기초하여 다운링크 서브프레임의 컨텐트를 변경할 수 있다.
도 10은 본 발명을 구현하는 기지국 (BS)에 대한 시분할 이중 (time-division duplex: TDD) 송수신기 장치를 도시한다. 이 송수신기는 Tx/Rx 스위치(228)에 연결되는 안테나(229)를 포함한다. 스위치(228)는 송신 체인(220)을 안테나(30)에 연결하여 송신용 고전력 신호를 전달하거나, 또는 안테나(229)를 수신 체인(210)에 연결하여 비교적 저전력 수신 신호를 전달한다. 순환기(circulator)가 Tx/Rx 스위치(228) 대신 사용될 수 있다. 수신 체인(210)은 증폭기(211), 수신 RF 신호를 중간 주파수 (IF)로 또는 직접 기저대역으로 변환하는 다운컨버터(212), 및 다운컨버트된 신호에서 동작하는 아날로그-디지털 변환 스테이지(213)를 포함한다. 디지털화된 신호는 복조 및 디코딩 스테이지(214)에 인가되는데 여기서 디지털화된 신호는 복조되고, 데이터는 업링크 프레임으로부터 추출되고, 추출된 데이터는 디코딩된다. 스테이지(214)는 MAC 계층 처리 스테이지(215)로 진행한다.
송신 체인(220)은 전송용 데이터를 수신한다. MAC 계층 처리 스테이지(221)는 예정된 목적지에 따라 및 요구된 서비스 품질에 기초하여 전송용 데이터를 스케줄링하는 것과 같은 기능을 수행한다. 스테이지(221)는 데이터를 상술한 구조를 갖는 프레임으로 어셈블링하는 프레이밍(framing) 유닛(222)을 포함한다. 전송용 데이터는 물리계층에서 전송용 데이터를 준비하는 인코딩 및 변조 스테이지(223)로 전달된다. 데이터는 예컨대 오류 보정 코딩을 추가하도록 인코딩된다. 프레이밍 유닛(223)은 제1 및 제2 프리앰블 세트를 생성하고 이를 적절한 위치에서 프레임으로 삽입한다. 상술한 바와 같이, 프레임의 포맷은 다운링크-업링크 트래픽의 비율과 같은 요인에 따라 프레임별로 변할 수 있다. 각 프리앰블 세트 내에서 반송된 데이터는 단말 및 중계국이 프레임과 동기를 올바르게 획득하도록 허용하고 프레임을 처리하도록 허용한다. 데이터의 각 프레임은 OFDM 변조 방식을 이용하여 변조되는데 그 세부내용은 잘 알려져 있다. 요약하면, OFDM 변조 방식에서, 데이터는 주파수가 이격된 병렬 세트의 서브캐리어에 의해 반송된다. 송신될 데이터는 각 서브캐리어 상의 성상값들에 매핑되고 결과적인 변조 서브캐리어 세트는 예컨대 IFFT 연산에 의해 시간 도메인으로 변환된다. 인코딩되고 변조된 프레임은 디지털 -아날로그 컨버터(224)로 전달되고 계속하여 변조 신호를 RF로 바꾸는 업컨버터(225)로 전달된다. 업컨버팅된 신호는 전력 증폭기(226)에 인가되고 계속하여 Tx/Rx 스위치(228) 및 전송용 안테나(229)에 인가된다. 제어기(230)는 송수신기의 동작을 제어한다. 제어기(230)는 네트워크의 토폴로지에 대한 정보를 수집하고 (예컨대, 어떤 연결이 존재하는지, 각 연결에서 홉의 수) 프레이밍 유닛(223)에 이 정보에 기초한 다운링크 서브프레임 내의 제1 및/또는 제2 프리앰블 세트를 포함하도록 지시한다. 이 정보는 네트워크 내의 중계국으로 전달되어 이들이 멀티홉 경로 내에서 자신의 위치를 확립하도록 허용할 수 있다.
도 11은 본 발명을 구현하기 위해 중계국 (RS)에서 사용하기 위한 TDD 송수신기 장치를 도시한다. 이 송수신기는 상술한 기지국의 수신 및 송신 체인과 동일한 스테이지를 포함하는 수신 체인(310) 및 송신 체인(320)을 갖는다. MAC 처리 스테이지(315)는 기지국으로부터 프레임을 수신하고 멀티홉 경로 내에서 중계국의 위치에 따라 제2 프리앰블 세트나 제1 프리앰블 세트를 이 신호로부터 추출하는 디프레이밍(de-framing) 유닛(316)을 포함한다. 프리앰블 세트의 DL-MAP 및 UL-MAP 필드 내의 데이터를 사용하여, 스테이지(315)는 중계국이 중계하여야 하는 트래픽을 추출한다. 이 프레임 내의 제2 프리앰블 세트의 위치에 따라, 수신 데이터는 스테이지(315)가 어느 트래픽이 중계될 필요가 있는지를 결정할 수 있을 때까지 버퍼(332)에 저장될 수 있다. 중계될 필요가 있는 데이터는 MAC 처리 단계(315) 내의 프레이밍 유닛(322)에 의해 어셈블링된다. 멀티홉 경로 내의 중계 위치에 따라, 프레이밍 유닛(322)은 이 프레임 내의 포함을 위해 제1 또는 제2 프리앰블 세 트를 생성한다. 중계국이 단말을 서빙하고 있으면, 제1 프리앰블 세트가 생성된다. 중계국이 또다른 중계국을 서빙하고 있으면, 제1 또는 제2 프리앰블 세트가 생성된다. 프레이밍 유닛(322)은 단말 또는 다운스트림 중계국이 다운링크 서브프레임 내에서 중계 데이터를 찾도록 허용할 DL-MAP에 대한 데이터를 생성한다. 제어기(330)는 송수신기의 동작을 제어한다. 수신 체인은 기지국 (BS)으로부터 수신된 제1 프리앰블 세트 내의 프리앰블로부터 타이밍 정보를 추출하고 이것을 동기 유닛(331)으로 전달한다. 동기 유닛(331)은 시간 및 주파수 오프셋의 면에서 동기를 달성하기 위해 임의의 공지의 방법을 이용할 수 있다. 동기 유닛(331)은 예컨대 수신 신호에서 주파수 오프셋에 대한 정보를 획득하기 위해 자기상관 방법을 이용할 수 있고 프리앰블 세트의 프리앰블 내에서 반송되는 코드 시퀀스를 국부 저장된 코드 시퀀스와 상관시키는 교차상관 방법에 의해 시간의 면에서 동기를 획득할 수 있다. 동기 유닛(331)에 의해 유도된 타이밍 정보는 송신 및 수신 체인에 의해 사용되고 Tx/Rx 스위치(328)를 제어하기 위해 사용된다. 스위치(328)는 업링크와 다운링크 서브프레임 사이의 가드 기간(22, 23) 동안에 그리고 추가 가드 기간(35, 45) 동안에 동작될 것이다.
제어기(330)는 기지국으로부터 정보를 수신할 수 있고, 또는 멀티홉 경로 내에서 중계국의 위치에 대해 스스로 정보를 결정할 수 있다. 이 정보에 기초하여, 중계국은 제2 프리앰블 세트를 수신하고 제1 프리앰블 세트를 송신할 필요가 있는지 결정할 수 있거나, 또는 제1 프리앰블 세트를 수신하고 제2 프리앰블 세트를 송신할 필요가 있는지 결정할 수 있다.
중계국은 (i) 기지국으로/으로부터 송수신하고 (ii) 단말기 또는 다운스트림 중계국으로/으로부터 송수신한다. 송수신기는 (i) 및 (ii)를 위해 하나의 안테나, 또는 안테나 어레이를 사용할 수 있고, 또는 예컨대 기지국 (BS)에 대면하는 지향 안테나 및 단말들이 위치하는 영역에 대면하는 광폭 방사 패턴을 갖는 안테나와 함께 (i) 및 (ii)를 위해 서로 다른 안테나를 사용할 수 있다.
도 10 및 도 11에 도시된 안테나는 다이버시티 송신 및/또는 다이버시티 수신을 제공하는 안테나 어레이 형태를 취할 수 있다. 이 안테나는 전방향성 방사 패턴을 가질 수 있고, 더욱 바람직하게는 지향성 방사 패턴을 갖는다. 이 안테나는 기지국이 서브하고 있는 중계국 또는 단말의 위치에 따라 방사 패턴을 적용할 수 있는 스마트 안테나일 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위에서 벗어남 없이 수정 또는 변경될 수 있다.

Claims (34)

  1. 기지국, 적어도 하나의 단말 및 적어도 하나의 중계국을 포함하는 무선 네트워크 내에서 송신하는 방법으로서,
    기지국과 중계국 사이에서 트래픽을 전송하기 위한 제1 트래픽 반송부;
    중계국과 단말 사이에서 트래픽을 전송하기 위한 제2 트래픽 반송부;
    단말에 대한 제1 세트의 프레임 제어 정보; 및
    중계국에 대한 제2 세트의 프레임 제어 정보를 포함하는 다운링크 서브프레임을 상기 기지국으로부터 송신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보에 비해 상기 다운링크 서브프레임 내에서 다른 위치를 점유하고 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 제2 트래픽 반송부의 앞에 위치하는,
    무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다운링크 서브프레임은 주파수 베어러(bearer) 상에서 중계국에 송신되고, 상기 중계국은 동일 또는 실질적으로 유사한 주파수 베어러 상에서 상기 기지국과 동기되는 시각에 다운링크 서브프레임을 송신하도록 요구되는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 세트의 프레임 제어 정보의 적어도 일부는 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보의 포맷에 비해 수정된 포맷을 갖는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 세트의 프레임 제어 정보의 적어도 일부는 제1 코드 시퀀스를 이용하고, 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보의 적어도 일부는 상기 제1 코드 시퀀스에 비해 수정된 제2 코드 시퀀스를 이용하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 세트의 프레임 제어 정보의 적어도 일부는 제1 코드 시퀀스를 이용하고, 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보의 적어도 일부는 상기 제1 코드 시퀀스로부터 오프셋된 코드 시퀀스를 이용하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 세트의 프레임 제어 정보의 적어도 일부는 코드 시퀀스로 코딩되고, 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보의 적어도 일부는 동일한 코드 시퀀스 및 스크램블링(scrambling) 코드의 조합으로 코딩되는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 다운링크 서브프레임 내에서 분산 된 복수의 세그먼트로 분할되는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세트의 프레임 제어 정보는 상기 다운링크 서브프레임의 시작에 위치하고, 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보의 뒤에 위치하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기지국과 단말 사이의 멀티홉(multi-hop) 경로에서의 홉의 수에 따라 상기 트래픽 반송부들 중 하나에 트래픽을 선택적으로 삽입하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    각 세트의 프레임 제어 정보는 단말이나 중계국이 프레임 동기를 획득하게 하기 위한 데이터를 포함하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    각 세트의 프레임 제어 정보는 단말이나 중계국과 그 단말이나 중계국에 대한 프레임 내에서의 데이터의 위치 사이의 대응 관계를 특정하는 데이터를 포함하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    중계국이 송신 동작과 수신 동작 사이에서 스위칭할 수 있도록 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보와 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보 사이에 위치한 가드(guard) 기간을 더 포함하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    중계국이 수신 동작과 송신 동작 사이에서 스위칭할 수 있도록 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보의 뒤에 위치하는 가드 기간을 더 포함하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 다운링크 서브프레임은 시분할 이중 프레임의 일부를 형성하고, 상기 시분할 이중 프레임은 또한 상기 다운링크 서브프레임과 동일한 주파수 베어러를 점유하는 업링크 서브프레임을 갖는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 다운링크 서브프레임은 전송 프레임의 일부를 형성하고, 상기 전송 프레임은 또한 상기 다운링크 서브프레임과는 다른 주파수 베어러를 점유하는 업링크 서브프레임을 갖는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세트의 프레임 제어 정보는 또한 홀수개의 홉을 갖는 상기 기지국과 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 중계국에 대한 것인 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 기지국이 짝수개의 홉을 갖는 상기 기지국과 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 중계국을 서브할 필요가 있는지를 결정하는 단계, 및 그 결정에 기초하여 상기 다운링크 서브프레임 내의 상기 제2 세트의 프레임 제어 정보를 송신하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 기지국이 단말을 직접 서브할 필요가 있는지 또는 홀수개의 홉을 갖는 상기 기지국과 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 중계국을 서브할 필요가 있는지를 결정하는 단계, 및 그 결정에 기초하여 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보를 송신하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  21. 기지국 및 적어도 하나의 단말을 포함하는 무선 네트워크 내에서 송신하는 방법으로서,
    상기 기지국으로부터, 제1 세트의 프레임 제어 정보를 포함하는 다운링크 서브프레임을 송신하는 단계;
    상기 기지국이 짝수개의 홉을 갖는 상기 기지국과 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 중계국을 서브할 필요가 있는지를 결정하는 단계; 및
    그 결정에 기초하여, 상기 다운링크 서브프레임 내의 제2 세트의 프레임 제어 정보를 송신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보에 비해 상기 다운링크 서브프레임 내에서 다른 위치를 점유하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 기지국이 단말을 직접 서브할 필요가 있는지 또는 홀수개의 홉을 갖는 상기 기지국과 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 중계국을 서브할 필요가 있는지를 결정하는 단계, 및 그 결정에 기초하여 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보를 송신하는 단계를 더 포함하는 무선 네트워크 내에서의 송신 방법.
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 기지국, 복수의 중계국 및 단말을 포함하는 무선 네트워크 내에서 중계국을 동작시키는 방법으로서,
    상기 기지국과 상기 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 상기 중계국으로부터 다운링크 서브프레임을 송신하는 단계 - 상기 다운링크 서브프레임은 제1 트래픽 반송부 및 제2 트래픽 반송부를 포함함 - ;
    상기 중계국에서 상기 제1 및 상기 제2 트래픽 반송부 중 하나에 그 중계국에 대한 트래픽을 포함하는 다운링크 서브프레임을 수신하는 단계;
    상기 트래픽이 수신된 상기 제1 및 상기 제2 트래픽 반송부 중 다른 하나에 재송신을 위한 트래픽을 선택적으로 삽입하는 단계; 및
    상기 다운링크 서브프레임 내에 제1 세트의 프레임 제어 정보 및 제2 세트의 프레임 제어 정보 중 하나를 선택적으로 포함하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 다운링크 서브프레임 내에서 서로 다른 위치를 점유하고, 상기 멀티홉 경로 내에서의 상기 중계국의 위치에 따라 선택이 이루어지는 중계국 동작 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 중계국이 상기 단말을 직접 서브하고 있는 경우에는 제1 세트의 프레임 제어 정보가 상기 다운링크 서브프레임 내에 포함되는 중계국 동작 방법.
  28. 기지국, 복수의 중계국 및 단말을 포함하는 무선 네트워크 내에서 중계국을 동작시키는 방법으로서,
    상기 기지국과 상기 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 상기 중계국으로부터 다운링크 서브프레임을 송신하는 단계 - 상기 다운링크 서브프레임은 제1 트래픽 반송부 및 제2 트래픽 반송부를 포함함 - ;
    상기 멀티홉 경로 내에서의 상기 중계국의 위치에 따라 상기 다운링크 서브프레임의 상기 제1 트래픽 반송부 또는 상기 제2 트래픽 반송부에 송신을 위한 트래픽을 선택적으로 삽입하는 단계; 및
    상기 다운링크 서브프레임 내에 제1 세트의 프레임 제어 정보 및 제2 세트의 프레임 제어 정보 중 하나를 선택적으로 포함하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 다운링크 서브프레임 내에서 서로 다른 위치를 점유하고, 상기 멀티홉 경로 내에서의 상기 중계국의 위치에 따라 선택이 이루어지는 중계국 동작 방법.
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 적어도 하나의 단말을 포함하는 무선 네트워크의 기지국에서 사용하기 위한 송수신기 장치로서,
    상기 기지국으로부터 제1 세트의 프레임 제어 정보를 포함하는 다운링크 서브프레임을 송신하고;
    상기 기지국이 짝수개의 홉을 갖는 상기 기지국과 단말 사이의 멀티홉 경로의 일부인 중계국을 서브할 필요가 있는지를 결정하고;
    그 결정에 기초하여, 상기 다운링크 서브프레임 내의 제2 세트의 프레임 제어 정보를 송신하도록 구성된 송신 스테이지
    를 포함하고,
    상기 제2 세트의 프레임 제어 정보는 상기 제1 세트의 프레임 제어 정보에 비해 상기 다운링크 서브프레임 내에서 다른 위치를 점유하는 송수신기 장치.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 컴퓨터 판독가능한 기록 매체로서,
    프로세서로 하여금 제1항의 방법을 구현할 수 있도록 하는 프로그램을 저장하고 있는 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
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