KR20070004370A - 무선통신시스템을 위한 협동중계전송방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 협동중계전송방법은 다수의 단말들과 상기 단말들에 대해 망 접속 서비스를 제공하는 하나의 기지국으로 구성되며, 상기 단말들 중 하나를 소스단말로 선택하고 타 단말들 중 적어도 하나를 기지국과 소스단말의 통신을 중계하는 중계국으로 이용하는 무선통신 시스템의 기지국이 중계통신을 위한 매개변수들을 초기화하고, 상기 매개변수들을 포함하는 중계통신요청 메시지를 방송하고, 상기 중계통신요청 메시지에 따라 상기 단말들 중 기지국과 소스단말 간 중계통신 수행여부를 단말이 독립적으로 결정하여 수행하고, 기지국은 기 소스단말과 상기 중계단말로부터 상향링크 신호를 수신하고, 상기 소스단말과 중계단말들로부터 수신한 상향링크 신호들을 결합하여 복호화한다. 본 발명의 협동중계전송 방법에서는 소스 단말의 상향링크 신호를 중계국들이 수신하여 재전송하기 때문에 단일 안테나를 가지는 단말의 상향링크 전송에 있어 송신 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
협동 전송 (cooperative transmission), 중계국 (relay), 송신 다이버시티 (transmission diversity)

Description

무선통신시스템을 위한 협동중계전송방법{COOPERATIVE RELAY TRANSMISSION TECHNIQUE FOR WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 협동중계전송방법이 적용될 무선통신 시스템을 보인 구성도;
도 2는 본 발명의 협동중계전송방법을 위한 상향링크 프레임 구조를 보인 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 협동중계전송 방법을 설명하기 위한 순서도;
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 협동중계전송방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명은 무선통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 송신기로부터 수신기로의 전송을 인접한 중계단말들과 공유함으로써 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 무선 통신 시스템에서의 협동중계전송방법에 관한 것이다.
일반적으로, 송신 다이버시티는 다수의 송신 안테나를 이용한 데이터 전송을 통해 구현되며 다중입출력 (multiple input multiple output: MIMO) 시스템이 그 대표적인 예이다. MIMO 시스템은 시공간부호화 기법과 결합되어 무선 통신 표준으로 자리매김하고 있으며 MIMO 시스템을 적용한 송신 다이버시티 기법은 셀룰러 통신시스템에서 기지국의 하향링크 전송에 유효하게 적용될 수 있다. 그러나 상향링크 전송에 있어서는 단말의 크기나 제조 비용과 같은 하드웨어적 제약으로 인해 다중안테나를 이용한 송신 다이버시티 기법을 적용하는 데는 한계가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 송신 단말이 중계국 또는 잠재적으로 중계국 역할을 할 수 있는 타 단말들과 기지국으로의 전송을 공유함으로써 하향링크는 물론 상향링크에서도 송신 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 협동중계전송(Cooperative Transmission) 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 중계단말을 결정하기 위한 기지국-중계단말 간 채널 품질 또는 거리 임계치를 기지국이 조절하여 잠재 중계 단말들에게 방송함으로써 특정 소스 단말에 대한 중계단말의 수를 최적으로 유지한다. 이를 통해 다이버시티 이득은 물론 기지국의 수신 성능을 향상시킬 수 있는 협동중계전송방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 다수의 단말들과 상기 단말들에 대해 망 접속 서비스를 제공하는 하나의 기지국으로 구성되며, 상기 단말들 중 하나를 소스단말로 선택하고 타 단말들 중 적어도 하나를 기지국과 소스단말의 통신을 중계하는 중계국으로 이용하는 무선통신 시스템을 위한 협동중계전송 방법에서는 기지국이 중계통신을 위한 매개변수들을 초기화하고, 상기 매개변수들을 포함하는 중계통신요청 메시지를 방송하고, 상기 중계통신요청 메시지에 따라 상기 단말들 중 기지국과 소스단말 간 중계통신을 수행할 중계단말을 잠재 중계 단말이 독립적으로 결정하고, 상기 소스단말과 상기 중계단말로부터 상향링크 신호를 수신하고, 상기 소스단말과 중계단말들로부터 수신한 상향링크 신호들을 결합하여 복호화한다.
바람직하게는, 상기 매개변수들은 최대 중계단말의 수 (Nmax), 최소 중계단말의 수 (Nmin), 및 중계단말 결정을 위한 요구채널품질(Q)와 중계허용거리 (D)를 포함한다.
바람직하게는, 상기 중계단말 설정 단계에서 상기 중계통신요청 메시지를 수신한 단말은 기지국과의 채널품질 (Qpresent)을 측정하고, Q < Qpresent의 조건이 만족되는지 판단하고, Q < Qpresent의 조건이 만족되면 중계 기능을 활성화시키고 중계단말 확인 메시지를 기지국에 전송한다.
바람직하게는, 상기 중계단말 설정 단계에서 기지국은 제어 채널 감시를 통해 현재 중계단말의 수(Npresent)를 파악하고, Nmax > Npresent 조건이 만족되는지 판단하고, Nmax > Npresent 조건이 만족되지 않으면 요구채널품질(Q)을 증가시키고, Nmax > Npresent 조건이 만족되면 Nmin < Npresent 조건이 만족되는지 판단하고, Nmin < Npresent 조건이 만족되지 않으면 요구채널품질(Q)을 감소시킨다.
바람직하게는, 상기 중계단말 설정 단계에서 상기 중계통신요청 메시지를 수신한 단말은 기지국과의 거리(Dpresent)를 측정하고, D > Dpresent 의 조건이 만족되는지를 판단하고, D > Dpresent 의 조건이 만족되면 중계 기능을 활성화시고 중계단말 확인 메시지를 기지국에 전송한다.
바람직하게는, 상기 상향링크 신호를 수신하는 단계에서 상기 중계단말은 상기 상향링크 신호를 수신하고, 상기 상향링크 신호에 대해 복호화를 수행하고, 상기 복호화가 성공한 경우에만 상기 상향링크 신호를 기지국에 전송한다.
바람직하게는, 상기 상향링크 신호를 수신하는 단계에서 상기 기지국과 중계단말은 상기 소스단말로부터 수신한 상향링크 신호에 대해 복호화를 수행하고, 상기 중계단말에서 복호화에 성공한 경우 상기 상향링크 신호를 임시 저장하고, 상기 기지국에서 복호화에 실패한 경우 재전송 요청 메시지를 방송하고, 상기 중계단말에서 상기 재전송 요청 메시지를 수신하면 임시 저장된 상향링크 메시지를 기지국으로 전송한다.
바람직하게는, 링크 성능이 일정하게 유지 될 수 있도록 잠재 중계 단말의 수를 일정하게 유지 하여야 한다. 이를 위해 기지국은 중계통신을 위한 매개변수를 적절하게 조정하여 방송함으로써 잠재 중계 단말의 수를 일정하게 유지되도록 관리 한다.
이하, 본 발명에 따른 무선통신시스템을 위한 협동중계전송방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 셀룰러 환경에서 송신측으로서의 단말이 수신측으로서의 기지국으로 상향링크 전송을 하는 경우를 예를 들어 설명한다. 또한, 본 발명에서는 단말들이 타 단말의 상향링크 신호를 수신할 수 있음을 가정한다.
도 1은 본 발명의 협동중계전송방법이 적용될 무선통신 시스템을 보인 구성도이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 다수의 단말들 (121, 122, 123, 124, 125, 126)이 기지국(110)의 서비스 영역 내에 존재하고 있으며, 이들 중 단말#4(124)가 상기 기지국(110)으로 패킷 전송을 시도하고 있다. 설명의 편의상 전송을 시도하는 단말#4을 소스단말이라 부르기로 한다.
상기 단말#4 (124)가 기지국(110)으로 패킷을 전송하면 기지국(110)은 물론 주변에 있는 잠재 중계 단말인 단말#1, 단말#2, 단말#3, 단말#5, 단말#6 (121, 122, 123, 125, 126)도 상기 패킷을 수신하게 된다.
단말#4(124)로부터 패킷을 수신하면, 상기 단말들(121, 122, 123, 125,126) 중 은 수신된 패킷에 대해 복호화를 수행하게 되고 수신된 패킷에 대한 복호화에 성공한 단말들은 중계를 시도하게 된다. 도 1에서는 단말#1, 단말#3, 및 단말#5 (120, 140, 160)가 수신 패킷 복호화에 성공한 잠재 중계단말이다.
상기 잠재 중계단말의 중계 여부에 대한 판단은 복호화 성공 여부 또는 미리 정해진 기지국과 중계 단말간의 SNR을 만족시키는지 여부, 또는 두 기준을 모두 만족시키는지의 여부를 기준으로 한다. 도 1에서, 단말#2와 단말#6 (122, 126)은 복호화에 실패하였거나 SNR 임계값을 만족시키지 못하는 단말 혹은 절전모드 (sleep mode)에 있는 단말들이다.
도 2는 본 발명의 협동중계전송방법을 위한 상향링크 프레임 구조를 보인 구성도이다. 본 발명에서는 시분할 이중화 방식 (Time Division Duplexing: TDD)을 가정하며, 상향링크 프레임의 트래픽 필드는 소스 단말이 직접 기지국에 신호를 전송하기 위한 직접전송 프레임(210)과 소스 단말이 중계국을 거쳐 기지국에 신호를 전송하는 중계전송 프레임(220)을 포함한다. 상기 중계전송 프레임(220)은 다시 소스 단말이 중계국으로 신호를 전송하기 위한 소스단말->중계국 프레임(223)과 중계국이 기지국으로 신호를 전송하기 위한 중계국->기지국 프레임 (225)으로 구성된다.
이하, 상기와 같이 구성된 무선통신 시스템에서의 협동중계전송방법을 상세히 설명한다.
기지국은 제어 채널을 통해 단말의 중계기능 활성화를 결정하기 위한 중계기능 파라미터의 임계값을 단말들에 전송하고 단말들은 상기 중계기능 파라미터 임계값과 현재 값을 비교하여, 소스 단말로부터 전송되는 상향링크 신호 수신 시, 중계모드 동작여부를 판단한다.
일단 소스 단말이 결정되고 기지국에 의해 소스 단말에 자원이 할당되면, 소스 단말은 상향링크 프레임에 데이터를 실어 전송하고, 기지국과 중계모드로 진입 한 중계단말들이 상기 상향링크 프레임을 수신한다.
상기 상향링크 프레임을 수신한 중계단말은 상기 상향링크 프레임으로부터 전송 데이터 검출을 시도하여, 전송 데이터 검출에 성공하면 해당 상향링크 프레임을 기지국으로 전송한다.
기지국은 상기 단말로부터 직접 수신한 상향링크 프레임과 중계국으로부터 수신한 상향링크 프레임을 결합하여 전송 데이터를 검출한다.
이 경우, 소스 단말은 도 2의 상향링크 트래픽을 구성하는 직접전송 프레임과 중계단말->중계국 프레임 (210, 220)에 동일한 데이터를 실어 전송하고, 기지국은 직접전송 프레임 수신하였더라도 중계국으로부터 중계국->기지국 프레임(210)을 수신한 후 직접전송 프레임과 중계국->기지국 프레임(220)을 결합하여 복호화를 수행한다 (도 2 참조). 이와 같이, 단말과 적어도 하나의 중계단말로부터 수신된 신호를 결합하여 복호화를 수행하기 때문에 송신 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 협동중계전송 방법을 설명하기 위한 순서도이다.도 3에서 보는 바와 같이, 먼저 기지국은 중계통신을 위한 파라미터들을 초기화한다 (S301). 중계 통신을 위한 파라미터들에는 최대 중계단말의 수 (Nmax), 최소 중계단말의 수 (Nmin), 단말의 중계 기능 설정을 위한 파라미터로서 중계채널품질 (Q) 와 중계허용거리 (D) 가 포함된다.초기화가 완료되면, 기지국은 연계되어 있는 단말들로 중계채널품질 Q과 중계허용거리 D 를 전송한다(S302). Q와 D를 수신하면 각 단말은 기지국과의 채널 상태 (Qpresent) 및 거리 (Dpresent)를 측정하여 Q 및 D와 비교 하고 두 조건 중 하나, 또는 이 두 조건을 모두 만족시키면 중계기능을 활성화시키며 잠재적인 중계 단말이 된다. 중계기능의 활성화는 해당 단말이 소스 단말로부터 상향링크 신호를 수신할 경우 중계국 역할을 할 수 있는 잠재적 중계단말이 되는 것을 의미한다. 잠재적 중계단말은 소스 단말로부터 상향링크 신호를 수신하여 복호에 성공한 경우 해당 소스 단말에 대한 중계단말이 된다. 중계 단말은 복호된 신호를 다시 부호화하여 미리 정해진 구간에 전송하거나 기지국의 중계 요청을 수신한 후 기지국의 중계 요청 시 정의한 구간에 복호된 신호를 다시 부호화 하여 전송한다. 이때, 중계 단말은 기지국의 중계 요청 시 측정된 기지국과 자기자신과의 채널을 측정하여 중계 전송 시 발생하는 신호의 위상변화를 미리 보상하여 전송한다. 이로 인해 기지국의 중계 신호 수신 시, 동일한 단말에 대한 중계 신호를 복수의 중계 단말이 전송하더라도 위상이 일치하게 되어 수신되므로 수신성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
기지국은 제어 채널을 감시하여 소스 단말 별 중계단말의 수 (Npresent)를 파악하고 (S303), Nmax > Npresent 조건이 만족되는지 판단한다(S304). 판단 결과, Nmax > Npresent 조건이 만족되지 않으면, 기지국은 Q 값을 증가시키거나 D값을 감소시킨 (S305) 후 초기화(S301)를 다시 수행한다. 한편, Nmax > Npresent 조건이 만족되면, Nmin < Npresent 조건이 만족되는지 판단하여(S306), 판단 결과 Nmin < Npresent 조건이 만족되지 않으면 Q 값을 감소시키거나 D값을 증가시킨 (S307) 후 초기화(S301)를 다시 수 행한다.상기 두 조건이 모두 만족되면, 기지국은 소스단말로부터 직접 상향링크 신호(210)를 수신하고 (S308), 중계단말들로부터 중계 상향링크 신호 (220)를 수신한다(S309).계속해서 기지국은 상기 소스 단말과 중계 단말들로부터 수신된 상향링크 신호를 결합하여(S310) 복호화를 수행한다(S311).도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 협동중계전송방법을 설명하기 위한 순서도이다.본 발명의 제 2 실시예에 따른 협동중계전송방법에서 기지국의 초기화에서 소스단말로부터 상향링크 신호를 수신하는 절차는 제 1 실시예와 동일하다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 협동중계전송방법에서는, 소스단말로부터 상향링크 신호를 수신하면 (S308) 기지국은 수신 신호에 대해 복호화를 수행하여 복호화에 성공여부를 판단한다(S341). 복호화에 성공하면, 기지국은 소스단말로부터 다음 신호를 수신하고, 복호화에 실패하며 재전송 요청 메시지를 방송한다(S342).
한편, 제 2 실시예에 따른 협동중계전송방법에서 잠재 중계단말은 소스단말로부터 상향링크 신호를 수신하면 복호화를 수행하고 복호화에 성공한 단말은 중계단말이 되어 상기 상향링크 신호를 임시 저장하고 기지국으로부터 재전송 요청 메시지가 수신되면 임시 저장된 상향링크 신호를 기지국으로 전송한다.
기지국은 상기 재전송 요청 메시지에 대한 응답으로 중계단말들로부터 상향링크 신호를 수신하고(S343) 수신된 상향링크 신호들을 결합하여 (S344) 복호화 한다(345).
본 실시예에서는 재전송 요청 메시지를 수신하여 복호화에 성공한 모든 중계단말이 상향링크 신호를 전송하지만, Q 값 D 값을 고려하여 채널 상태가 가장 좋거 나 또는 기지국과 거리가 가장 가까운 하나의 단말이 상향링크 신호를 전송하는 것도 가능하다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 협동중계전송 방법에서는 소스 단말의 상향링크 신호를 중계국들이 수신하여 재전송하기 때문에 단일 안테나를 가지는 단말의 상향링크 전송에 있어 송신 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.또한, 본 발명의 협동중계전송 방법에서는 중계단말을 결정하기 위한 기지국-중계국 간 채널 품질 또는 거리 임계치를 조절하여 특정 소스 단말에 대한 중계단말의 수를 최적으로 유지함으로써 다이버시티 이득은 물론 기지국의 수신 신호 처리 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 다수의 단말들과 상기 단말들에 대해 망 접속 서비스를 제공하는 하나의 기지국으로 구성되며, 상기 단말들 중 하나를 소스단말로 선택하고 타 단말들 중 적어도 하나를 기지국과 소스단말의 통신을 중계하는 중계국으로 이용하는 무선통신 시스템의 기지국에 있어서,
    중계통신을 위한 매개변수들을 초기화하고;상기 매개변수들을 포함하는 중계통신요청 메시지를 방송하고;
    상기 중계통신요청 메시지에 따라 상기 단말들 중 기지국과 소스단말 간 중계통신을 수행할 잠재 중계단말을 설정하고;
    상기 소스단말과 상기 중계단말로부터 상향링크 신호를 수신하고;
    상기 소스단말과 중계단말들로부터 수신한 상향링크 신호들을 결합하여 복호화하는 협동중계전송방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 매개변수들은 최대 중계단말의 수 (Nmax), 최소 중계단말의 수 (Nmin), 및 중계단말 결정을 위한 요구채널품질(Q)과 중계허용거리 (D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 협동중계전송방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 중계단말 설정 단계는:상기 중계통신요청 메시지를 수신한 단말에서 기지국과의 채널품질 (Qpresent) 을 측정하고;Q < Qpresent의 조건이 만족되는지 판단하고;Q < Qpresent의 조건이 만족되면 중계 기능을 활성화시키는 것을 특징으로 하는 협동중계전송방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 중계단말 설정 단계는:기지국에서 제어 채널 감시를 통해 현재 중계단말의 수(Npresent)를 파악하고;Nmax > Npresent 조건이 만족되는지 판단하고;Nmax > Npresent 조건이 만족되지 않으면, 요구채널품질(Q)을 증가시키고;Nmax > Npresent 조건이 만족되면, Nmin < Npresent 조건이 만족되는지 판단하고;Nmin < Npresent 조건이 만족되지 않으면, 요구채널품질(Q)을 감소시키는 것을 포함하는 협동중계전송방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 중계단말 설정 단계는:상기 중계통신요청 메시지를 수신한 단말에서 기지국과의 거리(Dpresent)를 측정하고;D > Dpresent 의 조건이 만족되는지를 판단하고;D > Dpresent 의 조건이 만족되면 중계 기능을 활성화시키는 것을 특 징으로 하는 협동중계전송방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 중계단말 설정 단계는: 기지국에서 제어 채널 감시를 통해 현재 중계단말의 수(Npresent)를 파악하고;Nmax > Npresent 조건이 만족되는지 판단하고;Nmax > Npresent 조건이 만족되지 않으면 요구채널품질(Q)을 증가시키고;Nmax > Npresent 조건이 만족되면 Nmin < Npresent 조건이 만족되는지 판단하고;Nmin < Npresent 조건이 만족되지 않으면 요구채널품질(Q)을 감소시키는 것을 포함하는 협동중계전송방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 상향링크 신호를 수신하는 단계는:
    상기 잠재 중계단말에서 상기 상향링크 신호를 수신하고;
    상기 상향링크 신호에 대해 복호화를 수행하고;
    상기 복호화에 성공한 경우 중계단말이 되어 상기 상향링크 신호를 자기 자신과 기지국간의 채널로 인한 신호의 위상변화를 보상하여 기지국에 전송하는 것을 특징으로 하는 협동중계전송방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 상향링크 신호를 수신하는 단계는:
    상기 중계단말에서 상기 상향링크 신호를 수신하고;
    상기 상향링크 신호에 대해 복호화를 수행하고;
    상기 복호화에 성공한 잠재 중계단말 중 기지국과 자기 자신과의 채널 상태가 중계 매개변수에 정의된 임계치 이상인 경우에만 중계 단말이 되어 상기 상향링크 신호를 자기 자신과 기지국간의 채널로 인한 신호의 위상변화를 보상하여 기지국에 전송하는 것을 특징으로 하는 협동중계전송방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 상향링크 신호를 수신하는 단계는:
    상기 기지국과 잠재 중계단말에서 상기 소스단말로부터 수신한 상향링크 신호에 대해 복호화를 수행하고;
    상기 잠재 중계단말에서 복호화에 성공한 경우 상기 상향링크 신호를 임시 저장하고;
    상기 기지국에서 복호화에 실패한 경우 재전송 요청 메시지를 방송하고;
    상기 잠재 중계단말에서 상기 재전송 요청 메시지를 수신하면 중계 매개변수에 정의된 임계치 이상인 경우에만 중계 단말이 되어 임시 저장된 상향링크 메시지를 자기 자신과 기지국간의 채널로 인한 신호의 위상변화를 보상하여 기지국에 전송하는 것을 특징으로 하는 협동중계전송방법.
KR1020050059900A 2005-07-04 2005-07-04 무선통신시스템을 위한 협동중계전송방법 KR20070004370A (ko)

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