KR20070078450A - 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속통신시스템에서 서비스 네트워크 선택 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 서비스 네트워크 선택 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기지국의 통신 방법은, 단말의 릴레이 모드 지원여부를 판단하는 과정과, 상기 릴레이 모드를 지원하지 않는 경우, 주변 중계국의 정보를 포함하는 스캔지시 메시지를 상기 단말로 전송하는 과정과, 상기 단말로부터 스캔결과를 포함하는 스캔보고 메시지 수신시, 미리 알고 있는 단말-기지국간 채널상태정보, 중계국-기지국간 채널상태 정보 및 상기 스캔보고 메시지로부터 획득된 단말-기지국간 채널상태 정보를 이용해서 상기 단말의 중계국으로의 핸드오버를 결정하는 과정을 포함한다. 이와 같은 본 발명은 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말에 대해서도 릴레이 서비스를 제공함으로써 전체 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

릴레이 모드, 핸드오버, 중계국, 스캐닝, 서비스 네트워크 선택

Description

다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 서비스 네트워크 선택 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SELECTING SERVICE NETWORK IN A MULTI-HOP RELAY BROADBAND WIRELESS ACCESS COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 통상적인 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 셀룰라 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 통상적인 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 셀룰라 시스템에서 단말이 기지국에서 중계국 방향으로 이동하는 상황을 도시한 도면.

도 3은 통상적인 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 셀룰라 시스템에서 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말의 통신을 설명하기 위한 도면.

도 4는 본 발명에 따라 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말이 기지국과 중계국의 서비스 지역에 위치한 상황을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말에 대한 중계국으로의 핸드오버 절차를 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 블록 구성을 도시하는 도면.

본 발명은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 서비스 네트워크 선택 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말에 대하여 기지국과 중계국 사이에 핸드오버를 지원하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, IEEE 802.16 표준은 지역 간 장비 호환성 문제로 보급이 지연되었던 IEEE 802.11a 무선 LAN(local area network)과 달리 처음부터 유럽 ETSI(European Telecommunications Standards Institute) 표준과의 호환성을 염두에 두고 디자인되어 전세계적인 무선 MAN(metropolitan area network) 표준으로 인정받고 있다. IEEE 802.16 표준은 LOS(Line-of-Sight)가 반드시 확보되어야 하는 IEEE 802.16과, 11GHz 이하의 저주파수를 사용하여 LOS가 필요 없는 IEEE 802.16a와, 그리고 제한된 이동성 및 로밍 기능이 추가된 IEEE 802.16e로 크게 구분할 수 있다.

상기 IEEE 802.16a는 최대 50km 거리에서 75Mbps를 전송할 수 있다고 하지만, 최대 전송 거리와 전송 속도는 동시에 달성되기 힘들 것이며, 도심 지역에서 실제 전송 거리는 8~10km 내외가 될 것으로 보인다. 또한, 상기 IEEE 802.16e는 전 송 속도 15Mbps, 전송 거리 3~5km를 목표로 하고 있지만, 이 역시 실제 처리율(Throughput) 및 전송 거리와는 상당한 거리가 있을 것이다.

MMR(Mobile Multi-hop Relay) SG(study group)는 IEEE 802.16의 단점들을 보완하여 여러 측면에서 성능 향상을 기대할 수 있는 다중홉 릴레이 방식을 제안하고 있다. IEEE 802.16 표준(standard)은 2~6GHz와 같은 고주파수 대역을 사용함으로써 높은 전송속도를 실현 할 수 있다. 고주파수 대역이 전송속도를 높이는 측면에서는 용이하지만 장애물에 많은 영향을 받기 때문에 NLOS(non line-of-sight) 통신이 어렵게 된다. 그러므로 큰 빌딩과 같은 많은 장애물이 많은 지역에서는 자연스럽게 음영지역이 많이 발생 할 것이다. 이러한 단점을 보완하기 위해 MMR(Mobile Multi-hop Relay) SG은 중계국(Relay Station)을 이용한 다중홉 릴레이 방식을 제안하고 있다. 다중 홉 릴레이 방식은 NLOS(non line-of-sight) 통신의 어려움으로 인해 발생하는 음영지역을 해소하고 네트워크 서비스 범위를 넓히자는 것이 그 취지이다. 또한, 상기 다중 홉 릴레이 방식은, 기존의 PMP(Point to Multi-Point)모드와 비교하여 음영지역을 줄이면서 네트워크 서비스 범위를 확대하는 동시에 더 높은 전송속도를 보장할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 통상적인 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 셀룰라 시스템의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 기지국(BS : Base Station)(110)과 멀리 떨어져 있는 단말(MS : Mobile Station)1(130)은 전송률이 낮은 QPSK(Quadrature Phase Shift keying) 방식으로 데이터를 인코딩해서 전송해야 한다. 따라서, 상기 기지국(110) 에 가까운 거리에 있는 단말과 비교하여 낮은 전송속도를 보일 수밖에 없다. 하지만, 상기 단말1(130)과 같은 거리에 있는 단말2(170)는 비록 상기 기지국(110)과는 먼 거리에 있지만 중계국(RS : Relay Station)(150)을 통해서 릴레이 통신을 수행하기 때문에, 64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)와 같은 전송률이 높은 인코딩 방법을 사용할 수 있다. 즉, 상기 기지국(110)과 가까운 거리에 있는 단말들과 유사한 전송속도로 통신을 수행할 수 있다. 이와 같이, 기지국과 단말이 멀리 떨어져 있을 경우, 중계국을 이용한다면 단말은 보다 높은 전송속도로 통신을 수행할 수 있다.

상기 IEEE 802.16에서 릴레이(Relay)를 구현하기 위해서 여러 가지 릴레이(Relay) 구조가 정의되어 있다. 먼저 중계국(RS)의 이동성에 따라서 고정 중계국(FRS : Fixed Relay Station), 노매딕 중계국(NRS : Nomadic Relay Station), 이동 중계국(MRS : Mobile Relay Station)으로 크게 나누어진다. 상기 고정 중계국은 중계국이 고정된 위치에서 기지국과 단말들 사이의 신호를 릴레이 해주는 방식으로써 가장 일반적인 구조라 할 수 있다. 한편, 단말이 기지국의 지역에서 중계국의 지역으로 이동한다면 상기 단말에 대하여 핸드오버(Handover)를 지원할 수 있어야 한다.

도 2는 단말이 기지국에서 중계국 방향으로 이동하는 상황을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 단말의 이동성(Mobility)을 고려한다면 단말과 중계국 또는 기지국과의 통신상태가 시간에 따라 변한다고 가정할 수 있다. 이와 같은 환경 을 가정할 경우, 단말은 통신상태에 따라 기지국과 중계국 사이에서 핸드오버를 적절히 수행해야 한다. 즉, 기지국(200)과 통신중인 단말(220)이 중계국(210)의 서비스 영역으로 이동할 경우, 상기 단말(220)은 보다 나은 서비스를 받기 위해 상기 기지국(200)에서 상기 중계국(210)으로 핸드오버를 수행해야 한다. 또한, 이러한 핸드오버는 기존 IEEE 802.16 표준에서 제안된 기지국간 핸드오버 방식과 유사한 방식으로 진행될 수 있다.

한편, 단말들에게 릴레이 모드를 이용한 서비스를 제공하기 위해서는 단말들이 릴레이 모드에서의 프로토콜(Protocol)을 이해할 수 있어야 한다. 하지만 모든 단말들이 릴레이 모드를 이해한다고 가정할 수 없기 때문에, 릴레이 모드를 알지 못하는 기존의 단말들은 릴레이 모드를 통한 성능 향상을 기대할 수 없다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 릴레이 모드를 알고 있는 단말2(330)는 중계국(310)과 통신함으로써 높은 전송률을 달성 할 수 있지만, 릴레이 모드를 알지 못하는 단말1(320)은 상기 중계국(310) 가까이 있지만 멀리 있는 기지국과 통신을 수행해야 한다. 이럴 경우, 기지국(300)에서 릴레이 모드를 알지 못하는 단말1(320)에 대하여 상기 중계국(330)으로의 핸드오버를 권고할 수 있다면, 단말1(320)도 릴레이 서비스를 제공받을 수 있을 것이다.

이상 살펴본 바와 같이, 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 중계국은 기지국 영역 밖에 있는 단말과 기지국 간 릴레이를 지원하는 셀 영역 확장을 위한 중계국이거나, 기지국 영역 내에 있는 단말과 기지국 간 릴레이를 지원하는 셀 용량 확장을 위한 중계국이다.

한편, 셀 영역 확장 혹은 셀 용량 확장을 위해 중계국을 활용하는 경우, 해결해야할 중요한 과제중의 하나가 단말이 기지국과 중계국의 서비스 영역에 동시에 속해 있을 경우, 단말에게 서비스를 제공할 네트워크 장비를 선택하는 방안이다. 이 선택의 적합성에 따라서 릴레이 모드의 성능이 향상되기 때문이다. 예를들어, 단말이 기지국과 중계국의 서비스 영역에 존재하지만 기지국보다 상대적으로 중계국에 근접할 경우 상기 단말은 중계국으로부터 서비스를 받는 것이 단말의 성능이나 전체 네트워크 성능 면에서 바람직하다. 그런데, 단말이 기지국을 통해 서비스를 제공받는다면 단말의 성능은 물론, 중계국의 효용성을 저하시키는 문제를 초래한다.

위와 같은 상황에서 어떤 네트워크 장비를 선택할지를 단말 스스로 판단하는 것은 용이하지가 않다. 왜냐하면, 단말이 기지국과 중계국 사이의 채널상태를 단말이 파악하기가 어렵기 때문이다. 더욱이, 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말의 경우, 중계국을 스스로 인식할 수 없기 때문에 기지국과 중계국 사이에서의 선택이 불가능하다.

또한, 단말의 제조사가 다양해지고 탑재되는 알고리즘이 간결해지는 추세 속에서 릴레이 모드를 위한 별도의 메시징 등을 지정하는 것은 쉽지가 않다. 이와 같은 점을 고려할 때, 단말에게 서비스를 제공할 네트워크를 단말이 아닌 네트워크 단에서 추가적인 메시징 없이 선택할 수 있는 방안이 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 셀룰라 통신시스템에서 기지국과 중계국의 서비스 영역에 동시에 존재하는 단말에 대하여 서비스를 제공할 네트워크를 선택하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 잇다.

본 발명의 다른 목적은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 셀룰라 통신시스템에서 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말에 대하여 기지국과 중계국 사이의 핸드오버를 지원하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 기지국의 통신 방법에 있어서, 단말의 릴레이 모드 지원여부를 판단하는 과정과, 상기 릴레이 모드를 지원하지 않는 경우, 주변 중계국의 정보를 포함하는 스캔지시 메시지를 상기 단말로 전송하는 과정과, 상기 단말로부터 스캔결과를 포함하는 스캔보고 메시지 수신시, 미리 알고 있는 단말-기지국간 채널상태정보, 중계국-기지국간 채널상태 정보 및 상기 스캔보고 메시지로부터 획득된 단말-기지국간 채널상태 정보를 이용해서 상기 단말의 중계국으로의 핸드오버를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 기지국 장치에 있어서, 단말이 릴레이 모드를 지원하지 않는 경우, 주변 중계국의 정보를 포함하는 스캔지시 메시지를 생성하는 메시지 생성부와, 상기 메시지 생성부로부터의 메시지를 규정된 무선 규격에 따라 변환하여 상기 단말로 전송하는 송신기와, 상기 단말로부터 스캔결과를 포함하는 스캔보고 메시지 수신시, 미리 알고 있는 단말-기지국간 채널상태 정보, 중계국-기지국간 채널 상태 정보 및 상기 스캔보고 메시지로부터 획득된 단말-기지국간 채널상태 정보를 이용해서 상기 단말의 중계국으로의 핸드오버를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하에서는, 상기 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다) 방식 또는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 한다) 방식을 사용하는 통신 시스템을 일예로 들어 설명하지만, 본 발명이 이에 국한되지는 아니하며 일반적인 멀티캐리어 통신 시스템에도 적용될 수 있다.

또한, 상기 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선 접속 통신 시스템의 중계국은 고정된 노드 혹은 이동 노드이거나, 기지국에 의해 설치된 특정 시스템 혹은 일반적인 가입자 단말기일 수 있다. 즉, 상기의 특성을 갖는 임의의 노드는 기지국의 셀 영역 확장 혹은 셀 용량 확장 등을 위해 미리 정의된 기준에 따라 기지국과의 중계국 능력 협상 절차를 통해 중계국으로 선택될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 도 1의 릴레이 방식을 사용하면, 시스템 전체 처리율(throughput)을 향상시키고 음영지역을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 셀 영역(coverage)을 확대할 수 있다. 하지만 단말이 기지국의 서비스 영역과 중계국의 서비스 영역에 동시에 위치할 경우, 상기 기지국과 중계국 중 단말과 더 가까운 혹은 통신상태가 더 좋은 장비와 통신을 해야만 릴레이 모드로 인하여 얻어지는 성능 향상을 기대할 수 있다.

즉, 이하 본 발명은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access) 통신 시스템에서 기지국과 중계국의 서비스 영역에 동시에 존재하는 단말에게 서비스를 제공할 네트워크 장비를 선택하기 위한 방안을 제안한다.

릴레이 모드를 인식할 수 있는 단말은 별도의 추가적인 방법 없이도 릴레이 모드 프로토콜을 사용하여 릴레이 서비스 이용에 따른 성능 향상을 기대할 수 있다. 하지만, 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말에게 릴레이 서비스를 제공하기 위해서는 네트워크 입장에서 기지국과 중계국 간 핸드오버를 제공할 수 있어야 한 다.

네트워크 입장에서 릴레이 모드를 이해하지 못하는 단말들에게도 릴레이 서비스를 제공하기 위해서는, 먼저 해당 단말이 릴레이 모드를 이해하는 단말인지 릴레이 모드를 이해하지 못하는 단말인지를 구분해야 한다. 릴레이 모드를 인식하는 단말에게까지 네트워크가 핸드오프 관리를 해주는 것은 네트워크 자원을 낭비하는 오버헤드이기 때문이다.

본 발명은 릴레이 모드를 인식하는 단말과 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말을 구분하기 위해서 SBC-REQ(SS Basic Capability Negotiation Request) / SBC-RSP(SS Basic Capability Negotiation Response) 메시지를 이용하는 것으로 가정하기로 한다. 상기 SBC-REQ / SBC-RSP 메시지는 IEEE 802.11 표준에서 정의된 기본능력(Basic Capability) 협상 절차중 교환되는 메시지로서, 단말이 네트워크 진입(network entry)중 상기 SBC-REQ 메시지의 예약된 필드(reserved field)에 자신이 릴레이 모드를 지원하는 단말임을 표시하여 전송함으로써, 기지국이 단말의 릴레이 모드 지원여부를 확인한다.

단말이 릴레이 모드를 지원할 수 없는 경우, 기지국은 적절한 핸드오프를 결정해야 한다. 네트워크 입장에서 릴레이 모드를 지원하지 않는 단말을 중계국으로 핸드오버 시키기 위해서는, 기지국이 상기 단말과 관련된 채널상태 정보를 모두 알아야 한다. 여기서, 상기 단말과 관련된 채널상태 정보는, 단말-기지국간 채널상태정보, 단말-중계국간 채널상태정보, 중계국-기지국간 채널상태정보로 구분할 수 있다. 이와 같이, 기지국이 단말과 관련된 채널상태정보를 모두 알아야 단말을 보다 양호한 채널을 갖는 네트워크 장비로 핸드오버 시킬 수 있다.

이하 구체적인 실시예를 도면의 참조와 함께 상세히 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명에 따라 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말이 기지국과 중계국의 서비스 지역에 위치한 상황을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 단말(420)이 기지국(400)과 중계국(410)의 서비스 영역에 위치할 경우, 상기 기지국(BS)은 상기 단말(420)이 자신과 연결을 유지하는 것이 좋을지 아니면 상기 중계국(410)으로 핸드오버하는 것이 좋을지를 판단한다. 이때, 상기 기지국(400)은 단말(420)과 기지국(400)간 채널상태와 상기 단말(420)과 중계국(410)간 채널상태를 비교하고, 중계국(410)과 기지국(400)간 채널상태를 함께 고려하여 핸드오버 여부를 결정한다. 일 예로, 하기 <수학식 1>을 만족할 경우 중계국(410)으로의 핸드오버를 결정한다.

여기서,

는 단말과 중계국간 전송률을 나타내고,

는 중계국과 기지국간 전송률을 나타내며,

는 단말과 기지국간 전송률을 나타낸다.

릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말이 기지국과 중계국 사이에서 핸드오버 를 수행하기 위한 전반적인 절차는 IEEE 802.16 표준에서 정의된 핸드오프 절차와 유사하게 수행될 수 있다. 이때, 단말이 기지국에서 중계국으로 핸드오버 하는 경우와 중계국에서 기지국으로 핸드오버 하는 경우로 구분할 수 있는데, 두 경우 모두 중계국과 기지국 서로간의 역할만 바뀔 뿐 동일한 핸드오버 절차를 수행하므로, 이하 설명은 단말이 기지국에서 중계국으로 핸드오버 하는 상황 위주로 설명하기로 한다.

다시 도 4를 참조하면, 핸드오버 여부를 결정하기 위해서, 기지국(400)은 단말(420)과 기지국(400), 단말(420)과 중계국(410), 중계국(410)과 기지국(400) 사이의 채널상태를 파악한다. 여기서, 단말(420)과 기지국(400) 사이의 채널상태는 이미 기지국(400)이 알고 있고, 또한 기지국(400)은 중계국(410)의 존재와 중계국(410)과의 채널상태를 알고 있다. 따라서, 기지국(400)은 단말(420)과 중계국(410) 사이의 채널상태정보만 획득하면 된다.

여기서, 기지국(400)이 IEEE 802.16 표준에서 정의된 MOB_SCN-RSP(Mobile Scanning Interval Allocation Response) / MOB_SCN-REPORT( Mobile Scanning Interval Allocation Request) 메시지를 이용해서 단말(420)과 중계국(410) 사이의 채널상태 정보를 획득하는 것으로 가정하기로 한다. 상기 기지국(400)은 상기 MOB_SCN-RSP 메시지에 스캐닝 시간과 중계국(410)의 정보를 실어서 단말(420)로 전송한다. 그러면, 단말(420)은 기지국(400)으로부터 수신된 상기 MOB_SCN-RSP 메시지에 포함된 중계국(410)의 정보(예 : 중계국 식별자 정보, 주파수 정보, 프리앰블 인덱스 정보 등)를 바탕으로 상기 중계국(410)에 대해서 스캐닝(Scanning)을 수행 한다. 상기 스캐닝 결과를 통해 단말(420)은 중계국(410)과의 채널상태를 알 수 있고, 상기 채널상태 정보를 MOB_SCN-REPORT 메시지에 실어 상기 기지국(400)으로 전송한다. 예를들어, 상기 채널상태정보는, CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio), RSSI(Received Signal Strength Indicator), 지연(delay)시간 등이 될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 기지국(400)에서 단말(420)과 중계국(410)의 사이의 채널상태정보를 획득한다. 이후, 기지국(400)은 단말(420)과 기지국(400)간, 중계국(410)과 기지국(400)간, 단말(420)과 중계국(410)간 채널상태정보를 바탕으로 상기 단말(420)의 핸드오버 여부를 상기 <수학식 1>을 이용해서 결정한다. 여기서, 상기 수학식 1을 적용함에 있어서, 기지국(400)은 채널상태정보(CINR. RSSI 등)와 전송률(rate) 사이의 매핑관계를 나타내는 데이터베이스를 이용해서 각 링크간 전송률을 획득하거나, 상기 둘 사이의 매핑관계를 나타내는 규칙(formula)을 이용해서 전송률을 산출할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다중홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말에 대한 중계국으로의 핸드오버 절차를 도시하고 있다.

도 5를 참조하면, 먼저 네트워크 진입을 수행하는 단말(50)은 511단계에서 기지국(52)으로부터 시스템 동기를 획득하고, 상기 기지국(52)과 초기 레인징 절차를 수행한다. 구체적으로, 상기 단말(50)은 상기 기지국(52)으로부터 수신되는 하향링크 프리앰블(preamble)을 수신하여 상기 기지국(52)과의 시스템 동기 (synchronization)를 획득한다. 상기 시스템 동기를 획득한후, 상기 단말(50)은 상기 기지국(52)으로부터 DL(Downlink)-MAP 메시지, DCD(Downlink Channel Description) 메시지, UL(uplink)-MAP 메시지, UCD(Uplink Channel Description) 메시지를 수신하여 하향링크 채널 특성 정보, 상향링크 채널 특성 정보, 초기 레인징 관련 파라미터 등을 획득한다. 이후, 상기 단말(50)은 상기 획득된 정보들을 이용해서 상기 기지국(52)과 초기 레인징(initial ranging) 절차를 수행한다.

상기 초기 레인징 절차를 수행한후, 상기 단말(50)은 기본 능력을 협상하기 위한 SBC-REQ 메시지를 상기 기지국(52)으로 전송한다. 이때, 상기 단말(50)이 릴레이 모드를 인식한다면, 상기 단말(50)은 상기 SBC-REQ 메시지 중 특정 필드에 자신이 릴레이 모드를 지원하는 단말임을 표시하여 전송한다. 그러면, 상기 기지국(52)은 515단계에서 상기 SBC-REQ 메시지에 대한 응답으로 SBC-RSP 메시지를 상기 단말(50)로 전송한다. 이와 같이, 기본 능력 협상 절차를 통해 상기 기지국(52)은 상기 단말(50)이 릴레이 모드를 인식하는지 여부를 확인할 수 있다.

이후, 상기 단말(50)은 517단계에서 상기 기지국(52)과 나머지 네트워크 진입 절차(예 : 인증 절차, 등록 절차 등)를 수행한 후 데이터 통신을 개시한다.

상기 데이터 통신 수행중 혹은 상기 네트워크 진입 절차 수행중, 상기 기지국(52)은 519단계에서 스캐닝을 지시하는 MOB_SCN-RSP 메시지를 상기 단말(50)로 전송한다. 여기서, 상기 MOB_SCN-RSP 메시지는 기본적으로, 스캔구간(scan duration) 정보, 스캔보고 방식을 지시하는 스캔모드(scan mode) 정보, 보고 주기(report period) 정보, 스캔 결과로 보고할 정보를 지시하는 보고 매트릭(report metric) 정보, 스캐닝을 수행할 노드의 정보를 포함할수 있으며, 특히 본 발명에 따라 주변 중계국(51)의 정보(예 : 중계국 식별자 정보, 주파수 정보, 프리앰블 인덱스 정보 등)를 포함한다.

스캐닝에 필요한 정보를 포함하는 MOB_SCN-RSP 메시지를 수신한 상기 단말(50)은 521단계에서 상기 MOB_SCN-RSP 메시지에 포함되어 있는 파라미터들에 상응하게 주변 중계국(519)의 파일럿 채널 신호(또는 프리앰블 신호)를 스캐닝하여 상기 중계국(519)과의 채널상태 정보(예 : CINR, RSSI 등)를 획득한다.

상기 스캐닝을 완료한 후, 상기 단말(50)은 523단계에서 상기 중계국(519)과의 채널상태 정보를 포함하는 MOB_SCN-REPORT 메시지를 상기 기지국(52)으로 전송한다.

이와 같이, 단말(50)과 중계국(519)간의 채널상태 정보를 획득한후, 상기 기지국(52)은 이미 알고 있는 단말(50)과 기지국(52)간 채널상태 정보, 상기 중계국(51)과 기지국(52)간 채널상태 정보 그리고 단말(50)과 중계국(519)간의 채널상태 정보를 이용해서 각 링크간 전송률(Rate)을 산출하고, 상기 <수학식 1>을 적용하여 상기 단말(50)의 핸드오버 여부를 결정한다. 여기서, 상기 기지국(52)은 채널상태정보(CINR. RSSI 등)와 전송률(rate) 사이의 매핑관계를 나타내는 데이터베이스를 이용하거나, 상기 둘 사이의 매핑관계를 나타내는 규칙(formula)을 이용해서 전송률을 산출할 수 있다. 이하, 상기 중계국(51)으로의 핸드오버가 결정된 것으로 가정하기로 한다.

상기 중계국(51)으로의 핸드오버가 결정된 경우, 상기 기지국(52)은 527단계 에서 상기 중계국(51)으로의 핸드오버를 요청하는 MOB_BSHO-REQ 메시지를 상기 단말(50)로 전송한다. 상기 MOB_BSHO-REQ 메시지를 수신한 상기 단말(50)은 531단계에서 상기 중계국(51)으로의 핸드오버를 결정하고, 상기 중계국(51)으로의 핸드오버를 지시하는 MOB_HO_Indication 메시지를 상기 기지국(52)으로 전송한다. 이때, 상기 단말(50)은 상기 기지국(52)의 핸드오버 요청을 거부할 수도 있다.

한편, 상기 중계국(51)으로의 핸드오버를 지시하는 MOB_BSHO-REQ 메시지를 수신한 상기 기지국(52)은 상기 단말(50)의 핸드오버 가능성을 알리는 RELAY-notification 메시지를 상기 중계국(51)으로 전송한다. 이때, 상기 RELAY-notification 메시지는, 단말의 식별자(identifier), 연결매개변수(connection parameters), 능력 정보들(capabilities), 요구되는 대역폭(BW : bandwidth) 및 서비스 품질(QoS) 등을 포함할 수 있다.

한편, RELAY-notification 메시지를 수신한 상기 중계국(51)은 537단계에서 상기 단말(50)로 빠른 레인징을 유도하는 Fast Raging_IE(UL-MAP)를 전송한다. 상기 Fast Raging_IE를 수신한 상기 단말(50)은 539단계에서 상기 중계국(51)으로 레인징 요청(RNG_REQ) 메시지를 전송하고, 541단계에서 상기 중계국(51)으로부터 레인징 응답(RNG_RSP)메시지를 수신하여 레인징 절차를 수행한다.

상기 레인징 절차를 수행한 후, 상기 단말(50)은 543단계에서 나머지 네트워크 진입 절차를 수행하여 상기 중계국(51)으로의 핸드오버 절차를 완료한다.

상술한 실시예에서, 상기 MOB_BSHO-REQ 메시지와 상기 MOB_BSHO-RSP 메시지는 IEEE 802.16 표준에서 기지국이 핸드오버를 요청할 때 사용되는 메시지들로, 릴 레이 모드를 인식하지 못하는 단말도 해석할 수 있는 메시지들이다. 즉, 새로운 메시징을 정의할 필요 없이 본 발명을 용이하게 적용할 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예는 상기 단말(50)의 주변에 중계국이 하나인 것으로 예를 들어 설명하였지만, 상기 단말(50) 주변에 중계국이 다수개 존재할 수도 있다. 이 경우, 기지국(52)은 다수의 중계국들의 정보를 상기 단말(50)로 알려주고, 상기 단말(50)은 상기 다수의 중계국들을 스캐닝하여 그 결과를 상기 기지국(52)으로 보고한다. 이 경우, 상기 기지국(52)은 채널상태를 고려하여 상기 다수의 중계국들중 하나로 상기 단말(50)을 핸드오버시킬 수 있다.

또한, 상술한 본 발명의 실시예는 기존 IEEE 802.16표준의 특정 메시지들을 사용하는 것으로 설명하였지만, 새로운 메시지를 정의하여 본 발명을 실시할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 기지국의 동작 절차를 도시하고 있다.

도 6을 참조하면, 먼저 기지국(52)은 601단계에서 네트워크 진입중인 단말(50)로부터 SBC-REQ 메시지가 수신되는지 검사한다. 상기 SBC-REQ 메시지의 수신이 감지되면, 상기 기지국(52)은 603단계로 진행하여 상기 수신된 SBC-REQ 메시지를 분석하고, 605단계에서 상기 단말(50)이 릴레이 모드를 인식하는 단말인지를 판단한다.

만일, 상기 릴레이 모드를 인식하는 단말이면, 상기 기지국(52)은 본 발명의 알고리즘을 종료한다. 만일, 상기 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말이면, 상기 기지국(52)은 607단계로 진행하여 상기 SBC-REQ 메시지에 대한 응답으로 SBC-RSP 메시지를 상기 단말(50)로 전송하여 기본능력 협상 절차를 완료한다.

상기 기본능력 협상 절차를 완료한 후, 상기 기지국(52)은 607단계에서 상기 단말(50)과 나머지 네트워크 진입 절차를 수행한 후 데이터 통신을 수행한다.

상기 데이터 통신 수행중 혹은 상기 네트워크 진입 절차 수행 중, 상기 기지국(52)은 611단계에서 스캐닝을 지시하는 MOB_SCN-RSP 메시지를 상기 단말(50)로 전송한다. 여기서, 상기 MOB_SCN-RSP 메시지는 주변 중계국(51)의 정보(예 : 중계국 식별자 정보, 주파수 정보, 프리앰블 인덱스 정보 등)를 포함한다.

상기 MOB_SCN-RSP 메시지를 전송한 후, 상기 기지국(52)은 613단계에서 MOB_SCN-REPORT 메시지를 수신 대기한다. 여기서, 상기 MOB_SCN-REPORT 메시지는 상기 단말(50)과 중계국(519) 사이의 채널상태 정보를 포함한다. 상기 MOB_SCN-REPORT 메시지가 수신되면, 상기 기지국(52)은 615단계로 진행하여 이미 알고 있는 단말(50)과 기지국(52)간 채널상태 정보, 상기 중계국(51)과 상기 기지국(52)간 채널상태 정보 그리고 단말(50)과 중계국(519)간의 채널상태 정보를 이용해서 각 링크간 전송률(Rate)을 산출한다. 여기서, 단말과 중계국간 전송률을

라 정의하고, 중계국과 기지국간 전송률을

라 정의하며, 단말과 기지국간 전송률을

로 정의하기로 한다.

이후, 상기 기지국(52)은 617단계에서 상기 <수학식 1>을 적용하여 상기 단 말(50)의 핸드오버 여부를 결정한다. 이때, 단말(50)의 중계국(51)으로의 핸드오버가 필요하지 않다고 판단되면, 상기 기지국(52)은 본 발명의 알고리즘을 종료한다. 만일, 상기 단말(50)의 중계국(51)으로의 핸드오버가 필요하다고 판단되면, 상기 기지국(52)은 619단계로 진행하여 중계국(51)으로의 핸드오버를 요청하는 MOB_SCN-RSP 메시지를 상기 단말(51)로 전송한 후 본 발명의 알고리즘을 종료한다.

지금까지 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말에 대하여 릴레이 서비스를 제공하는 방안에 대해 살펴보았다. 이러한 본 발명은 단말에게 중계국의 존재를 인식시키지 않고 릴레이 서비스를 제공하는 투명 릴레이(Transparent Relay)를 지원할 수 있다. 또한, 본 발명은 릴레이 모드를 인식하는 단말에 대해서도 동일하게 적용할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국의 블록 구성을 도시하고 있다. 이하 설명은 TDD-OFDMA 시스템을 가정하여 살펴보기로 한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기지국은, RF처리기(701), ADC(703), OFDM복조기(705), 복호화기(707), 메시지 처리부(709), 제어부(711), 메시지 생성부(713), 부호화기(715), OFDM변조기(717), DAC(719), RF처리기(721), 스위치(723), 시간제어기(725)를 포함하여 구성된다.

도 7을 참조하면, 먼저 시간제어기(725)는 시간 동기에 근거해서 스위치(723)의 스위칭 동작을 제어한다. 예를들어, 신호를 수신하는 구간이면, 상기 시간제어기(725)는 안테나와 수신단의 RF처리기(701)가 연결되도록 상기 스위치(723)를 제어하고, 신호를 송신하는 구간이면 상기 안테나와 송신단의 RF처리기(721)가 연결되도록 상기 스위치(723)를 제어한다.

수신 구간동안, 상기 RF처리기(701)는 안테나를 통해 수신되는 RF(Radio Frequency)신호를 기저대역 아날로그 신호로 변환한다. ADC(703)은 상기 RF처리기(701)로부터의 아날로그 신호를 샘플데이터로 변환하여 출력한다. OFDM복조기(705)는 상기 ADC(703)에서 출력되는 샘플데이터를 FFT(Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 데이터로 변환하고, 상기 주파수 영역의 데이터에서 실제 수신하고자 하는 부반송파들의 데이터를 선택하여 출력한다.

복호화기(707)는 상기 OFDM복조기(705)로부터의 데이터를 미리 정해진 변조수준(MCS레벨)에 따라 복조(demodulation) 및 복호(decoding)하여 출력한다.

메시지 처리부(709)는 상기 복호화기(707)로부터 입력되는 제어메시지를 분해하여 그 결과를 제어부(711)로 제공한다. 상기 제어부(711)는 상기 메시지 처리부(709)로부터의 정보들에 대한 해당 처리를 수행하고, 또한 전송할 정보를 생성하여 메시지 생성부(712)로 제공한다. 상기 메시지 생성부(712)는 상기 제어부(711)로부터 제공받은 각종 정보들을 가지고 메시지를 생성하여 물리계층의 부호화기(715)로 출력한다.

상기 부호화기(715)는 상기 메시지 생성부(713)로부터의 데이터를 미리 정해진 변조수준(MCS레벨)에 따라 부호 및 변조하여 출력한다. OFDM변조기(717)는 상기 부호화기(715)로부터의 데이터를 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)하여 샘플데이터(OFDM심볼)를 출력한다. DAC(719)는 상기 샘플데이터를 아날로그 신호로 변 환하여 출력한다. RF처리기(721)는 상기 DAC(719)로부터의 아날로그 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다.

상술한 구성에서, 상기 제어부(711)는 프로토콜 제어부로서, 상기 메시지 처리부(709) 및 상기 메시지 생성부(713)를 제어한다. 즉, 상기 제어부(711)는 상기 메시지 처리부(709) 및 상기 메시지 생성부(713)의 기능을 수행할 수 있다. 본 발명에서 이를 별도로 구성한 것은 각 기능들을 구별하여 설명하기 위함이다. 따라서, 실제로 구현하는 경우 이들 모두를 제어부(711)에서 처리하도록 구성할 수 있으며, 이들 중 일부만 상기 제어부(711)에서 처리하도록 구성할 수 있다. 또한, 상기 제어부(711)는 프로토콜 처리 수행 중 필요한 정보를 물리계층의 해당 구성부로 제공받거나, 물리계층의 해당 구성부로 제어신호를 발생한다.

그러면, 상기 도 7의 구성에 근거하여 본 발명에 따른 기지국의 동작을 살펴보기로 한다. 이하, MAC(Media Access Control)계층에서 수행되는 제어메시지 처리 위주로 살펴보기로 한다.

먼저, 메시지 처리부(711)는 단말 혹은 중계국으로부터 수신되는 제어메시지를 분해하여 그 결과를 제어부(711)로 제공한다. 본 발명에 따라 단말로부터 SBC-REQ 메시지, MOB_SCN-REPORT 메시지, MOB_MSSHO-RSP 메시지, MOB_HO_Indication 메시지 수신될 경우, 상기 수신된 메시지에 포함되어 있는 각종 제어정보를 추출하여 상기 제어부(711)로 제공한다.

상기 SBC-REQ 메시지가 수신된 경우라면, 상기 제어부(711)는 상기 수신된 SBC-REQ 메시지로부터 해당 단말의 릴레이 모드 지원여부를 인식하고, 릴레이 모드 를 인식하지 못하는 단말에 대해서 기본 능력 협상 절차 완료후 주변 중계국의 스캐닝을 요구하는 MOB_SCN_RSP 메시지를 전송하도록 메시지 생성부(713)를 제어한다. 그러면, 상기 메시지 생성부(713)는 상기 제어부(711)의 제어하에 상기 단말에게 송신할 상기 MOB_SCN_RSP 메시지를 생성하여 물리계층으로 전달한다. 상기 메시지 생성부(713)에서 생성된 메시지는 물리계층에서 전송 가능한 형태로 가공된 후 안테나를 통해 송신된다.

이후, 상기 MOB_SCN-REPORT 메시지가 수신된 경우라면, 상기 제어부(711)는 상기 수신된 MOB_SCN-REPORT 메시지로부터 단말과 중계국간 채널상태 정보를 추출하고, 이미 알고 있는 단말과 기지국간 채널상태 정보, 중계국과 기지국간 채널상태 정보 그리고 단말과 중계국간 채널상태 정보를 이용해서 각 링크간 전송률(Rate)을 산출하고, 상기 <수학식 1>을 적용하여 상기 단말의 핸드오버 여부를 결정한다. 상기 단말의 상기 중계국으로의 핸드오버가 결정된 경우, 상기 제어부(711)는 상기 중계국으로의 핸드오버를 요청하는 MOB_SCN-RSP 메시지를 전송하도록 상기 메시지 생성부(713)를 제어한다. 그러면, 상기 메시지 생성부(713)는 상기 제어부(711)의 제어하에 상기 단말에게 송신할 상기 MOB_SCN-RSP 메시지를 생성하여 물리계층으로 전달한다.

이후, 상기 단말로부터 핸드오버를 결정하는 MOB_MSSHO-RSP 메시지, MOB_HO_Indication 메시지가 수신될 경우, 상기 메시지 생성부(713)는 상기 제어부(711)의 제어하에 상기 중계국으로 송신할 RELY-notification 메시지를 생성하여 물리계층으로 전달한다.

한편 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 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 릴레이 모드를 인식하지 못하는 단말에 대해서도 릴레이 서비스를 제공함으로써, 다시 말해 릴레이 서비스를 모든 단말들로 확장시킴으로써, 전체 시스템 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 릴레이 모드를 인식하는 못하는 단말이 보다 양호한 채널을 통해 통신을 수행할 수 있는 이점이 있다.

Claims (12)

1. 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 기지국의 통신 방법에 있어서,

   단말의 릴레이 모드 지원여부를 판단하는 과정과,

   상기 릴레이 모드를 지원하지 않는 경우, 주변 중계국의 정보를 포함하는 스캔지시 메시지를 상기 단말로 전송하는 과정과,

   상기 단말로부터 스캔결과를 포함하는 스캔보고 메시지 수신시, 미리 알고 있는 단말-기지국간 채널상태정보, 중계국-기지국간 채널상태 정보 및 상기 스캔보고 메시지로부터 획득된 단말-기지국간 채널상태 정보를 이용해서 상기 단말의 중계국으로의 핸드오버를 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 단말의 중계국으로의 핸드오버가 결정될 경우, 상기 중계국으로의 핸드오버를 요청하는 메시지를 상기 단말로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 단말로부터 상기 중계국으로의 핸드오버를 결정하는 메시지 수신시, 상기 단말의 핸드오버 가능성을 알리는 메시지를 상기 중계국으로 전송하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 채널상태 정보는, CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio) 또는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 핸드오버 결정 과정은,

   상기 단말-기지국간 채널상태정보, 상기 중계국-기지국간 채널상태 정보 및 상기 단말-기지국간 채널상태 정보를 이용해서 단말-기지국간 전송률(rate), 중계국-기지국간 전송률 및 단말-기지국간 전송률을 획득하는 과정과,

   상기 획득된 전송률들을 하기 수식에 적용하여 핸드오버 여부를 판단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

   

   여기서,

   

   는 단말-중계국간 전송률을 나타내고,

   

   는 중계국-기지국간 전송률을 나타내며,

   

   는 단말-기지국간 전송률을 나타냄.
6. 제1항에 있어서,

   상기 단말의 릴레이 모드 지원여부는 기본능력(basic capability) 협상 절차를 통해 획득되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템에서 기지국 장치에 있어서,

   단말이 릴레이 모드를 지원하지 않는 경우, 주변 중계국의 정보를 포함하는 스캔지시 메시지를 생성하는 메시지 생성부와,

   상기 메시지 생성부로부터의 메시지를 규정된 무선 규격에 따라 변환하여 상기 단말로 전송하는 송신기와,

   상기 단말로부터 스캔결과를 포함하는 스캔보고 메시지 수신시, 미리 알고 있는 단말-기지국간 채널상태 정보, 중계국-기지국간 채널상태 정보 및 상기 스캔보고 메시지로부터 획득된 단말-기지국간 채널상태 정보를 이용해서 상기 단말의 중계국으로의 핸드오버를 결정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 단말의 중계국으로의 핸드오버가 결정될 경우, 상기 메시지 생성부는, 상기 중계국으로의 핸드오버를 요청하는 메시지를 생성하여 상기 송신기로 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 단말로부터 상기 중계국으로의 핸드오버를 결정하는 메시지 수신시, 상기 메시지 생성부는, 상기 단말의 핸드오버 가능성을 알리는 메시지를 생성하여 상기 송신기로 전달하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제7항에 있어서,

    상기 채널상태 정보는, CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio) 또는 RSSI(Received Signal Strength Indicator)인 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,

    상기 단말-기지국간 채널상태 정보, 상기 중계국-기지국간 채널상태 정보 및 상기 단말-기지국간 채널상태 정보를 이용해서 단말-기지국간 전송률, 중계국-기지국간 전송률 및 단말-기지국간 전송률을 획득하고, 상기 획득된 전송률들을 하기 수식에 적용하여 핸드오버 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 장치.

    

    여기서,

    

    는 단말-중계국간 전송률을 나타내고,

    

    는 중계국-기지국간 전송률을 나타내며,

    

    는 단말-기지국간 전송률을 나타냄.
12. 제7항에 있어서,

    상기 제어부는, 기본 능력(basic capability) 협상 절차를 통해 상기 단말의 릴레이 모드 지원여부를 획득되는 것을 특징으로 하는 장치.

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