KR20070113686A - 릴레이 방식을 사용하는 무선통신 시스템에서자동재전송요청 수행 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 ARQ(Automatic Retransmission reQuest) 수행 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 ARQ 수행 방법은, 기지국과 중계국 사이에 제1ARQ 절차를 수행하는 과정과, 상기 중계국과 단말기 사이에 상기 제1ARQ 절차와 독립적으로 제2ARQ 절차를 수행하는 과정을 포함한다. 이와 같은 본 발명은 ARQ를 분산 제어할 수 있고, 수신 성공한 데이터에 대해서만 수신기로 릴레이하기 때문에 데이터의 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

OFDMA 시스템, 중계기, ARQ, 재전송

Description

릴레이 방식을 사용하는 무선통신 시스템에서 자동재전송요청 수행 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING AUTOMATIC RETRANSMISSION REQUEST IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING RELAY SCHEME}

도 1은 종래기술에 따른 아날로그 중계국을 이용하는 무선통신시스템에서 ARQ 수행에 따른 신호 교환 절차를 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 순방향 데이터에 대한 ARQ 수행 절차를 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 역방향 데이터에 대한 ARQ 수행 절차를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 송신기의 ARQ 상태 천이도(state machine)를 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 수신기의 ARQ 상태 천이도를 도시하는 도면.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에 서 중계국의 ARQ 상태 천이도를 도시하는 도면.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 송신기, 중계국 및 수신기의 동작을 상태 천이를 고려하여 도시하는 도면.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 ARQ 수행 절차를 도시하는 도면.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 구성을 도시하는 도면.

본 발명에서 무선통신시스템에서 ARQ(Automatic Retransmission reQuest) 수행 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 ARQ를 수행하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

차세대 통신 시스템인 4세대(4th Generation) 통신 시스템에서는 약 100Mbps의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(QoS : Quality of Service)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 현재 4G 통신 시스템에서는 무선 근거리 통신 네트워크(LAN : Local Area Network) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(MAN : Metropolitan Area Network) 시스템과 같은 광대역 무선 접속(BWA : Broadband Wireless Access) 통신 시스템에 이동 성(mobility)과 서비스 품질을 보장하는 형태로 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 그 대표적인 통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16d 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템이다.

상기 IEEE 802.16d 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템은 물리 채널(physical channel)을 위해 상기 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용하고 있다. 상기 IEEE 802.16d 통신 시스템은 현재 가입자 단말기(SS: Subscriber Station, 이하 'SS'라 칭하기로 한다)가 고정된 상태, 즉 SS의 이동성을 전혀 고려하지 않은 상태 및 단일 셀 구조만을 고려하고 있는 시스템이다. 이와는 달리 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 IEEE 802.16d 통신 시스템에 SS의 이동성을 고려하는 시스템이며, 상기 이동성을 가지는 SS를 이동 단말기(MS: Mobile Station)라고 칭하기로 한다.

상기 일반적인 IEEE 802.16e 통신 시스템은 고정된 기지국과 MS 간에 직접 링크를 통해 시그널링 송수신이 이루어지므로 상기 기지국과 MS 간에 신뢰도가 높은 무선 통신 링크를 쉽게 구성할 수 있다. 그런데 상기의 IEEE 802.16e 통신 시스템은 기지국의 위치가 고정되어 있으므로 무선망 구성에 있어서 유연성이 낮으며, 따라서 트래픽 분포나 통화 요구량 변화가 심한 무선 환경에서는 효율적인 통신 서비스를 제공하기 어렵다.

이와 같은 단점을 극복하기 위해 고정된 중계국(relay station) 혹은 이동성 을 갖는 중계국 혹은 일반 MS들을 이용하여 다중 홉 릴레이 형태의 데이터 전달 방식을 상기 IEEE802.16e 통신 시스템과 같은 일반 셀룰라 무선 통신 시스템에 적용할 수 있다. 상기 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 통신 시스템은 통신 환경 변화에 신속하게 대응하여 네트워크를 재구성할 수 있으며, 전체 무선망을 보다 효율적으로 운용할 수 있다. 예를 들어, 상기 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 무선 통신 시스템은 셀 서비스 영역을 확장시키고 시스템 용량을 증대시킬 수 있다. 즉, 기지국과 MS 간 채널 상태가 열악한 경우 상기 기지국과 MS 사이에 중계국을 설치하여 상기 중계국을 통한 다중 홉 릴레이 경로를 구성함으로써 채널 상태가 보다 우수한 무선 채널을 상기 MS에게 제공할 수 있다. 또한 기지국으로부터 채널 상태가 열악한 셀 경계 지역에서 상기 다중 홉 릴레이 방식을 사용함으로써 보다 고속의 데이터 채널을 제공할 수 있고, 셀 서비스 영역을 확장시킬 수 있다.

한편, 무선 데이터 통신은 무선 자원 구간의 채널 상태에 따라서 특정 데이터에 오류(error)가 발생할 수 있다. 이러한 오류에 대한 제어 및 복구 기술은 크게 ARQ 기법과 FEC(Frame Error Check) 기법으로 나눌 수 있다. 상기 ARQ 기법은 수신단에서 손실된 데이터에 대해 송신단으로 재전송(retransmission)을 요청하는 기법이고, 상기 FEC 기법은 손실된 데이터에 대한 오류를 정정하는 기법이다.

특히, ARQ 기법은, 패킷들에 대한 오류검사결과(예 : CRC검사)가 수신단에서 송신단으로 피드백되어야 한다. 먼저, 송신단에서 패킷을 초기 전송하면, 수신단에서 수신된 패킷을 디코딩한다. 이때, 오류가 발생하지 않으면 ACK 신호를 송신단으 로 전송하고, 오류가 발생하면 NACK신호를 송신단으로 전송한다. 송신단은 수신단으로부터의 ACK/NACK 신호에 따라서 이전 패킷을 재전송하거나 새로운 패킷을 전송한다.

일반적으로, 무선통신시스템은 안정적인 데이터 전송을 위해 2개의 재전송 기법을 운용한다. 그 하나는 MAC(Media Access Control)계층에서 운용되는 "MAC ARQ"이고, 다른 하나는 물리(PHY : Physical)계층에서 운용되는 "HARQ(Hybrid ARQ)"이다. 이하 종래 기술에 따른 MAC ARQ 기법에 대해 살펴보기로 한다.

도 1은 종래기술에 따른 아날로그 중계국(이하, '리피터'(Repeater)' 라 칭함)를 이용하는 무선통신시스템에서 ARQ 수행에 따른 신호 교환 절차를 도시하고 있다.

우선, 종래기술에서 가정하는 무선통신시스템은 다음과 같다. 상기 무선통신시스템은 하나 이상의 기지국, 하나 이상의 리피터, 하나 이상의 단말기들로 구성되며, 설명의 편의를 위해 하나의 기지국(10), 하나의 리피터(11), 하나의 단말기(12)를 도시한 것이다. 여기서, 상기 기지국(10)에서 단말기(12)로 보내고자 하는 MAC 계층의 데이터(PDU)가 2개인 경우를 가정하고, 상기 단말기(12)는 리피터(11)를 통해 데이터를 수신한다고 가정한다.

도 1을 참조하면, 먼저 기지국(10)은 101단계에서 2개의 MAC PDU들을 하나의 물리계층 데이터(PHY DATA 1)로 생성하여 리피터(11)로 전송한다. 여기서, MAC계층의 데이터 전송단위인 MAC PDU는 도시된 바와 같이, MAC 헤더(header)와, 실제 데 이터를 포함하는 페이로드(payload)와, 상기 페이로드의 에러유무를 판별하기 위한 에러체크코드(예 : CRC 코드)로 구성된다. 또한, 상기 물리계층 데이터는 적어도 하나 이상의 MAC PDU들을 포함하여 구성된다.

한편, 상기 리피터(11)는 103단계에서 상기 기지국으로부터 수신된 상기 물리계층 데이터(PHY DATA 1)를 단순히 신호의 크기(amplitude)만 증폭하여 상기 단말기(12)로 릴레이한다.

그리고, 상기 단말기(12)는 105단계에서 상기 리피터(11)로부터 수신되는 상기 물리계층 데이터(PHY DATA 1)에서 MAC PDU들을 분해하고, 상기 MAC PDU들 각각에 대해 에러검사를 수행한다. 여기서, 상기 에러 검사는 MAC PDU에 포함된 에러체크코드(CRC 코드)를 이용해서 수행된다. 상기 단말기(12)는 수신된 MAC PDU의 페이로드를 가지고 에러체크코드를 생성하고, 상기 생성된 에러체크코드와 수신된 에러체크코드를 비교하여 에러유무를 판별한다. 이때, 상기 분해된 MAC PDU들 중 MAC PDU 2에서 에러가 발생한 것을 가정하기로 한다.

이와 같이, 수신 데이터 중 1번 MAC PDU에는 오류가 없고, 2번 MAC PDU에 오류가 있으면, 상기 단말기(12)는 107단계에서 1번 MAC PDU에 대해서는 ACK로 응답하고 2번 MAC PDU에 대해서는 NACK으로 응답하기 위한 제어메시지를 상기 리피터(11)로 전송한다. 그리고, 상기 리피터(11)는 109단계에서 상기 단말기(12)로부터의 상기 제어메시지를 다시 증폭하여 상기 기지국(10)으로 릴레이한다.

그러면, 상기 기지국(10)은 109단계에서 상기 리피터(11)로부터의 제어메시지를 분석하여 재전송 요청된 MAC PDU를 인지한다. 즉, 상기 2번 MAC PDU의 재전송 요청을 인지한다. 따라서, 상기 기지국(10)은 111단계에서 상기 재전송 요청된 2번 MAC PDU를 물리계층 데이터(PHY RETRANSMISSION DATA)로 생성하여 상기 리피터(11)로 전송한다. 그러면, 상기 리피터(11)는 113단계에서 상기 기지국(11)으로부터의 상기 물리계층 데이터(PHY RETRANSMISSION DATA)를 단순히 증폭하여 상기 단말기(12)로 릴레이한다. 이와 같은 절차로, 상기 단말기(12)는 오류가 발생한 데이터를 리피터(11)를 통해 기지국(11)으로 재전송 요청하고, 상기 재전송된 데이터를 리피터(11)를 통해 수신한다.

상술한 바와 같이, 종래의 릴레이 시스템에서 중계국(리피터)은 기지국으로부터의 아날로그 신호를 단순히 증폭하여 단말기로 릴레이하는 역할을 수행한다. 그러나, 기지국에서 단말기로 전송되는 데이터는 기지국과 중계국간의 무선링크에서도 오류가 발생할수 있으므로, 상기 오류가 발생한 데이터를 중계국에서 다시 단말기로 전송하는 것은 아무런 의미가 없는 무선자원의 낭비이다. 또한, 향후 중계기는 기지국으로부터의 신호를 단순히 릴레이하는 것이 아니라, 스스로 판단하고 독립적으로 자원을 활용할 수 있는 지능형 중계기를 고려하고 있기 때문에 상기와 같이 단순 릴레이하는 방식은 비효율적이라 할 수 있다. 다시 말해, 향후 중계국은 리피터와 달리 MAC계층과 물리계층을 모두 가지고 있으며, 기지국과 단말기 사이에 교환되는 메시지를 해석할 수 있다. 따라서, 이와 같은 지능형 중계국을 고려한 ARQ 운용 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 ARQ 수행 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 기지국과 중계국간 그리고 중계국과 단말기간이 서로 독립적으로 ARQ를 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국이 수신 성공한 데이터만 단말기로 릴레이하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 견지에 따르면, 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 ARQ(Automatic Retransmission reQuest) 수행 방법에 있어서, 기지국과 중계국 사이에 제1ARQ 절차를 수행하는 과정과, 상기 중계국과 단말기 사이에 상기 제1ARQ 절차와 독립적으로 제2ARQ 절차를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 견지에 따르면, 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 ARQ(Automatic Retransmission reQuest) 수행 장치에 있어서, 송신기로부터 수신되는 MAC데이터들의 오류 유무를 검사하기 위한 검사기와, 상기 오류가 발생하지 않은 MAC데이터들을 저장하기 위한 버퍼와, 상기 버퍼로부터의 데이터를 독출하여 송신 MAC데이터들을 생성하기 위한 MAC인코더와, 상기 MAC인코더로부터의 송신 MAC데이터들을 수신기로 송신하기 위한 송신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 견지에 따르면, 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 ARQ(Automatic Retransmission reQuest) 수행 방법에 있어서, 송신기로부터 수신되는 MAC데이터들 각각에 대해 오류 유무를 검사하는 과정과, 상기 오류가 발생한 MAC데이터들에 대하여 상기 송신기로 재전송 요청을 전송하는 과정과, 상기 오류가 발생하지 않은 MAC데이터들을 버퍼에 저장하는 과정과, 상기 버퍼에 저장된 MAC데이터들을 독출하여 수신기로 릴레이 송신하는 과정을 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.

이하 본 발명은 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 기지국과 중계국간 그리고 중계국과 단말기간이 서로 독립적으로 ARQ를 수행하기 위한 방안에 대해 살펴보기로 한다.

여기서, 상기 릴레이 방식을 사용하는 무선 통신 시스템은 예를 들어 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식 또는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 방식을 사용하는 통신 시스템이다. 즉, 이하 설명은 다중반송파를 사용하는 광대역 무선접속 통신시스템을 예로 설명하지만, 본 발명은 다중 홉 릴레이 방식을 사용하는 셀룰라 기반의 모든 통신시스템에 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 상기 릴레이 방식을 사용하는 무선 통신 시스템의 중계국은 고정된 노드 혹은 이동 노드이거나, 사업자에 의해 설치된 특정 시스템일 수 있다. 즉, 임의의 노드는 기지국의 셀 영역 확장 또는 셀 용량 증가를 위해 미리 정의된 기준에 따라 사업자가 설치하거나 또는 사용자의 단말기도 기지국과의 중계국 능력 협상 절차를 통해 중계국으로 선택될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이 기지국(200)의 영역(201)에 포함되는 단말(210)은 상기 기지국(200)과 직접 링크로 연결되고, 상기 기지국의 영역(210) 밖에 위치하여 상기 기지국(200)으로부터의 채널 상태가 열악한 단말(220)은 중계국(230)을 통해 상기 기지국(200)에 연결된다.

즉, 단말이 상기 기지국(200)의 셀 경계에 위치하거나, 건물 등에 의한 차폐현상이 심한 음영지역에 위치할 경우, 상기 단말은 상기 중계국(230)을 통해 상기 기지국(200)과 통신을 수행한다. 이와 같이, 채널 상태가 열악한 셀 경계지역에서 릴레이 기법을 적용하여 고속의 데이터 채널을 제공할 수 있으며, 상기 셀 서비스 영역을 확장시킬 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 순방향 데이터에 대한 ARQ 수행 절차를 도시하고 있다.

여기서, 기지국(30)의 MAC계층 큐(Queue)에는 단말기(32)로 전송할 MAC 데이터(또는 MAC PDU)가 N개 저장되어 있고, 상기 N개의 데이터들 각각은 BSN(Block Sequence Number)를 가진다고 가정한다. 또한, 상기 단말기(32)는 기지국(30)으로부터 데이터를 직접 수신하지 못하고, 중계국(31)을 통해서만 수신한다고 가정한다.

도 3을 참조하면, 먼저 기지국(30)은 301단계에서 상기 N개의 MAC 데이터들 중 물리적으로 한번에 전송 가능한 k개의 MAC 데이터들을 하나의 물리계층 데이터(PHY DATA)로 생성하여 중계국(31)으로 전송한다.

그러면, 상기 중계국(31)은 303단계에서 상기 기지국(30)으로부터의 물리계층 데이터를 수신한다. 그리고 상기 중계국(31)은 305단계에서 상기 수신된 물리계층 데이터에서 MAC 데이터들을 분해하고, 상기 MAC 데이터들 각각에 대해 오류검사를 수행한다. 이때, 상기 k개의 MAC 데이터들 중에 j 개의 데이터들에서 오류가 발생했다고 가정한다. 이후, 상기 중계국(31)은 307단계에서 (k-j)개의 오류 없는 MAC데이터들을 중계국의 MAC계층 큐(Queue)에 저장한다.

이후, 상기 중계국(31)은 상기 큐에 저장된 오류 없는 MAC 데이터들을 단말기(32)로 전송하고, 상기 기지국(30)으로 오류가 발생한 데이터들을 재전송 요청한 다.

먼저, 상기 재전송 요청 과정(330)을 살펴보면, 상기 중계국(31)은 309단계에서 오류가 발생한 j개의 MAC데이터들에 대한 재전송을 요청하는 ACK/NACK 메시지를 상기 기지국(30)으로 전송한다. 예를 들어, 상기 중계국(31)에서 상기 기지국(30)으로 전송되는 상기 ACK/NACK 메시지는 하기 <표 1>와 같은 형태를 가질 수 있다.

Syntax	Size	Note
CID	XX bit	중계국 CID
ACK Type	XX bit	기지국과 중계국 사이의 ACK Type
BSN	XX bit	기지국과 중계국간 관리하는 BSN
ACK MAP	XX bit	ACK bit map in case of selective ACK
...	...	...

상기 <표 1>에 나타난 바와 같이, 재전송 요청 메시지(ACK/NACK 메시지)는 현재 ACK/NACK을 전송하는 중계국의 서비스 아이디(CID : Connection ID)와, 응답 타입을 지정하기 위한 ACK 타입(ACK Type)과, ARQ 블록의 시퀀스 번호를 지정하기 위한 BSN(Block Sequence Number)와, 응답 타입이 선택적(selective) 방법일 때 각 ARQ 블록에 대한 수신 성공 여부를 지정하기 위한 ACK 맵(MAP)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 CID는 중계국의 식별자 또는 중계국에게 제공되는 특정 서비스의 식별자를 나타낸다. 즉, 기지국은 상기 CID를 이용해서 중계국과 서비스를 식별한다. 상기 ACK 타입에는 선택적(Selective) 방법 또는 축적형(Cumulative) 방법 등이 있으며, 더 많은 종류의 ACK 타입이 존재할 수도 있다.

예를 들어, 중계국(31)에서 기지국(30)으로 보내는 ACK/NACK 제어메시지의 내용이 CID =12이고 ACK 타입이 선택적이면, 상기 BSN은 ACK 맵의 첫 번째 비트에 대응하는 BSN을 가리킨다. 가령, BSN = 10이고, ACK MAP = 1011이고, ACK='1', NACK='0' 이면, 상기 CID=12인 중계국의 서비스 데이터들 중에 10번, 12번, 13번은 성공적으로 수신하였고, 11번은 오류가 생겼다는 것을 의미한다. 만약 ACK 타입이 축적형이고 BSN = 10이면, CID=12인 중계국의 서비스 데이터들 중에 10번까지 성공적으로 수신하였음을 의미한다.

상기 ACK/NACK 메시지 수신시, 상기 기지국(30)은 311단계에서 오류가 발생한 j개의 MAC 데이터들을 물리계층 데이터로 생성하여 상기 중계국(31)으로 재전송한다. 이때, 상기 기지국(30)은 상기 j개의 MAC 데이터들만 재전송하는 것이 아니라, 상기 MAC계층 큐(Que)에 남아 있는 N-k개의 새로운 데이터들도 함께 전송할수 있다.

한편, 상기 중계국(31)은 313단계에서 상기 기지국(30)으로부터의 물리계층 데이터를 수신한다. 그리고 상기 중계국(31)은 315단계에서 상기 수신된 물리계층 데이터에서 MAC 데이터들을 분해하고, 상기 MAC 데이터들 각각에 대해 오류검사를 수행한다. 상기 오류검사 수행 후, 상기 중계국(31)은 317단계에서 오류 없는 MAC데이터들을 중계국의 MAC계층 큐(Queue)에 저장한다. 상기 기지국(30)과 상기 중계국(31)은 상기와 같은 과정(330)을 상기 기지국의 큐에 존재하는 N개의 데이터들이 모두 성공적으로 상기 중계국(31)에 전달될 때까지 반복 수행한다.

다음으로, 중계국(31)에서 단말기(32)로 데이터를 릴레이하는 과정(340)을 살펴보면, 상기 중계국(31)은 319단계에서 큐에 저장된 오류 없는 데이터들 중 물리적으로 한번에 전송 가능한 m개의 데이터들을 하나의 물리계층 데이터(PHY DATA)로 생성하여 상기 단말기(32)로 전송한다. 그러면, 상기 단말기(32)는 321단계에서 상기 중계국(31)으로부터의 순방향 데이터를 수신하고, 323단계에서 상기 순방향 데이터를 디코딩하여 오류유무를 검사한다. 이때, 상기 m개의 MAC 데이터들 중에 p개의 MAC 데이터들에서 오류가 발생했다고 가정하면, 상기 단말기(32)는 325단계에서 상기 p개의 MAC 데이터들에 대한 재전송 요청 메시지(ACK/NACK 메시지)를 상기 중계국(31)으로 전송한다. 예를 들어, 상기 단말기(32)에서 상기 중계국(31)으로 전송되는 재전송 요청 메시지는 하기 <표 2>와 같은 형태를 가질 수 있다.

Syntax	Size	Note
CID	XX bit	단말기 CID
ACK Type	XX bit	중계국과 단말기 사이의 ACK Type
BSN	XX bit	중계국과 단말기간 관리하는 BSN
ACK MAP	XX bit	ACK bit map in case of selective ACK
...	...	...

상기 <표 2>에 나타난 바와 같이, 재전송 요청 메시지(ACK/NACK 메시지)는 현재 ACK/NACK을 전송하는 단말기의 서비스 아이디(CID : Connection ID)와, 응답 타입을 지정하기 위한 ACK 타입(ACK Type)과, ARQ 블록의 시퀀스 번호를 지정하기 위한 BSN(Block Sequence Number)와, 응답 타입이 선택적(selective) 방법일 때 각 ARQ 블록에 대한 수신 성공 여부를 지정하기 위한 ACK 맵(MAP)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 CID는 단말기의 식별자 또는 단말기에게 제공되는 특정 서비스의 식별자를 나타낸다. 즉, 중계국은 상기 CID를 이용해서 단말기와 서비스를 식별한다. 상기 ACK 타입에는 선택적(Selective) 방법 또는 축적형(Cumulative) 방법 등이 있으며, 더 많은 종류의 ACK 타입이 존재할 수도 있다.

한편, 상기 재전송 요청 메시지 수신시, 상기 중계국(31)은 327단계에서 오류가 발생한 p개의 MAC 데이터들을 물리계층 데이터로 생성하여 상기 단말기(32)로 재전송한다. 이때, 상기 중계국(31)은 상기 p개의 MAC 데이터들만 재전송하는 것이 아니라, 상기 MAC계층 큐에 남은 새로운 데이터들도 함께 전송할수 있다. 한편, 상기 중계국(31)과 상기 단말기(32)는 상기와 같은 과정(340)을 상기 중계국의 큐에 존재하는 데이터들이 모두 성공적으로 상기 단말기(32)에 전달될 때까지 반복 수행한다.

상기 도 3에서 기지국(30)과 중계국(31) 사이의 통신 그리고 중계국(31)과 단말기(32) 사이의 통신이 동시에 이루어지는 것으로 설명하였지만, 기지국(30)과 중계국(31) 사이의 링크 및 상기 중계국(31)과 상기 단말기(32) 사이의 링크를 어떻게 구분하느냐에 따라 통신 방법은 달라질 수 있다. 일 예로, 상기 두 개의 링크들을 서로 다른 반송파를 이용해 구분한다면, 상기 중계국(31)은 기지국(30) 및 단말기(32)와 동시에 통신을 수행할 수 있다. 다른 예로, 상기 두 개의 링크들을 시간 분할하여 구분한다면 상기 중계국(31)은 기지국(30)과 단말기(32)와 동시에 통신을 수행할 수 없다. 본 발명은 기지국과 중계국 사이의 ARQ 운용 및 중계국과 단말기 사이의 ARQ 운용을 서로 독립적으로 수행하는 것에 관심이 있는 것으로, 상기 두 개의 링크들을 어떻게 구분하는지에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 역방향 데이터에 대한 ARQ 수행 절차를 도시하고 있다.

여기서, 단말기(32)의 MAC계층 큐(Que)에는 기지국(30)으로 전송할 데이터(또는 MAC PDU)가 N개 저장되어 있고, 상기 N개의 데이터들 각각은 BSN을 가진다고 가정한다. 또한, 기지국(30)은 단말기(32)로부터 데이터를 직접 수신하지 못하고, 중계국(31)을 통해서만 수신한다고 가정한다.

도 4를 참조하면, 먼저 단말기(32)는 401단계에서 상기 N개의 MAC 데이터들 중 물리적으로 한번에 전송 가능한 k개의 MAC 데이터들을 하나의 물리계층 데이터(PHY DATA)로 생성하여 중계국(31)으로 전송한다.

그러면, 상기 중계국(31)은 403단계에서 상기 단말기(32)로부터의 물리계층 데이터를 수신한다. 그리고 상기 중계국(31)은 405단계에서 상기 수신된 물리계층 데이터에서 MAC 데이터들을 분해하고, 상기 MAC 데이터들 각각에 대해 오류검사를 수행한다. 이후, 상기 중계국(31)은 407단계에서 오류 없는 MAC데이터들을 중계국의 MAC계층 큐(Queue)에 저장한다.

그리고, 상기 중계국(31)은 상기 큐에 저장된 오류 없는 MAC 데이터들을 기지국(30)으로 전송하고, 상기 단말기(32)로 오류가 발생한 데이터들을 재전송 요청한다.

먼저, 상기 재전송 요청 과정(430)을 살펴보면, 상기 중계국(31)은 409단계에서 오류가 발생한 MAC데이터들에 대한 재전송을 요청하는 ACK/NACK 메시지를 상기 단말기(32)로 전송한다. 이때, 상기 ACK/NACK 메시지는 상기 <표 2>와 같은 형태를 가질 수 있다.

상기 ACK/NACK 메시지 수신시, 상기 단말기(32)은 411단계에서 상기 오류가 발생한 MAC 데이터들을 물리계층 데이터로 생성하여 상기 중계국(31)으로 재전송한다. 이때, 상기 단말기(32)는 상기 오류가 발생한 데이터들만 재전송하는 것이 아니라, 상기 MAC계층 큐에 남아 있는 새로운 데이터들도 함께 전송한다.

한편, 상기 중계국(31)은 413단계에서 상기 단말기(32)로부터의 물리계층 데이터를 수신한다. 그리고 상기 중계국(31)은 415단계에서 상기 수신된 물리계층 데이터에서 MAC 데이터들을 분해하고, 상기 MAC 데이터들 각각에 대해 오류검사를 수행한다. 상기 오류검사 수행 후, 상기 중계국(31)은 417단계에서 오류 없는 MAC데이터들을 중계국의 MAC계층 큐(Queue)에 저장한다. 상기한 바와 같은 단말기(32)와 상기 중계국(31) 사이의 과정(430)은 상기 단말기(32)의 큐에 존재하는 N개의 데이터들이 모두 성공적으로 상기 중계국(31)에 전달될때까지 반복 수행된다.

다음으로, 중계국(31)에서 기지국(30)으로 데이터를 릴레이하는 과정(440)을 살펴보면, 상기 중계국(31)은 419단계에서 큐에 저장된 오류 없는 데이터들 중 물리적으로 한번에 전송 가능한 m개의 데이터들을 하나의 물리계층 데이터(PHY DATA)로 생성하여 상기 기지국(30)으로 전송한다. 그러면, 상기 기지국(30)은 421단계에서 상기 중계국(31)으로부터의 역방향 데이터를 수신하고, 423단계에서 상기 역방향 데이터를 디코딩하여 오류유무를 검사한다. 그리고, 상기 기지국(30)은 425단계에서 오류가 발생한 데이터들에 대한 재전송 요청 메시지(ACK/NACK 메시지)를 상기 중계국(31)으로 전송한다. 이때, 상기 ACK/NACK 메시지는 상기 <표 3>와 같은 형태를 가질 수 있다.

한편, 상기 재전송 요청 메시지 수신시, 상기 중계국(31)은 427단계에서 상기 오류가 발생한 데이터들을 물리계층 데이터로 생성하여 상기 기지국(31)으로 재전송한다. 이때, 상기 중계국(31)은 상기 오류가 발생한 데이터들만 재전송하는 것이 아니라, 상기 MAC계층 큐에 남아 있는 새로운 데이터들도 함께 전송한다. 한편, 상기한 바와 같은 중계국(31)과 상기 기지국(30) 사이의 과정(440)은 상기 중계국(31)의 큐에 존재하는 N개의 데이터들이 모두 성공적으로 상기 기지국(31)에 전달될 때까지 반복 수행된다.

상술한 바와 같이, 순방향 데이터의 ARQ 절차(도 3) 및 역방향 데이터의 ARQ 절차(도 4)는 데이터를 송신하는 객체가 달라질 뿐 동일하게 수행된다. 따라서, 이하 설명에서 송신기 및 수신기는 상대적인 개념으로 사용하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 송신기의 ARQ 상태 천이도(state machine)를 도시하고 있다. 여기서, 상기 송신기는 순방향 전송일 경우 기지국이 되고, 역방향 전송일 경우 단말기가 된다.

도시된 바와 같이, 상기 송신기의 ARQ 상태는 큐 저장상태(Data in Tx.Que)(501), 응답 대기 상태(Wait ACK/NACK)(503), 완료상태(Done)(505), 재전송 상태(Waiting for Retransmission)(507) 및 폐기 상태(Data Discard)(509)로 구분된다.

도 5를 참조하면, 상기 큐 저장상태(501)는 중계국으로 전송되는 데이터가 큐에 저장되어 있는 상태를 나타낸다. 상기 큐 저장상태(501)에서 상기 중계국으로 데이터 전송이 이루어지면, 상기 송신기는 상기 응답대기상태(503)로 천이하여 ACK/NACK 메시지의 수신을 대기한다.

만일, 상기 응답 대기 상태(503)에서 전송한 데이터 블록들에 대하여 ACK메시지가 수신되면, 상기 송신기는 상기 완료상태(505)로 천이하여 전송 성공된 데이터 블록들에 대한 전송을 완료한다. 즉, 상기 상기 전송이 완료된 데이터 블록들에 대한 유효시간 타이머를 중지한다. 이와 같이, 전송이 완료되면, 상기 송신기는 상기 폐기 상태(509)로 천이하여 상기 전송 성공된 데이터 블록들을 폐기한다.

만일, 상기 응답 대기 상태(503)에서 상기 전송한 데이터 블록들의 일부 또는 전부에 대하여 NACK메시지가 수신되면, 상기 송신기는 상기 재전송 상태(507)로 천이한다. 상기 재전송 상태(507)로 천이한 상기 송신기는 재전송 요청된 데이터 블럭들을 재전송하고 상기 응답 대기 상태(503)로 다시 천이한다.

한편, 상기 데이터 블록들 각각은 유효시간(life time) 타이머를 가지고 있다. 따라서, 계속적인 재전송이 실패하여 미리 설정된 유효시간 타이머가 만료되면, 상기 송신기는 상기 폐기상태(509)로 천이하여 해당 데이터 블록들을 폐기(discard)한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 수신기의 ARQ 상태 천이도를 도시하고 있다. 여기서, 상기 수신기는 순방향 전송일 경우 단말기가 되고, 역방향 전송일 경우 기지국이 된다.

도시된 바와 같이, 수신기의 ARQ 상태는 수신 대기 상태(Wait Data)(601), 디코딩 상태(Data Decoding)(603) 및 완료상태(Done)(605)로 구분된다.

도 6을 참조하면, 상기 수신 대기 상태(601)는 중계국으로부터의 데이터를 수신 대기하는 상태이다. 상기 수신 대기 상태(601)에서 데이터가 수신되면, 상기 수신기는 디코딩 상태(603)로 천이하여 수신된 데이터를 디코딩한다. 이때, 수신된 데이터의 CRC를 검사하여 오류유무를 판별한다.

만일, 수신된 데이터에 오류가 없으면, 상기 수신기는 상기 중계국으로 ACK메시지를 전송한후 상기 완료상태(605)로 천이한다. 만일, 수신된 데이터 블록들의 일부 또는 전부에 오류가 존재하면, 상기 수신기는 상기 중계국으로 NACK메시지를 전송한후 다시 상기 수신 대기 상태(601)로 천이한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 ARQ 상태 천이도를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 중계국의 ARQ 상태는 크게 송신상태와 수신상태로 구분될 수 있다. 상기 수신상태는 수신 대기 상태(Wait data)(701), 디코딩 상태(Data decoding)(703), 수신큐 저장 상태(Store in RS Rx. Que)(705)로 구분되고, 상기 송신상태는 송신큐 저장상태(Data in RS Tx. Que)(707), 응답 대기 상태(Wait ACK/NACK)(709), 완료상태(Done)(711), 재전송 상태(Waiting for Retransmission)(713), 폐기상태(715)로 구분된다.

도 7을 참조하면, 상기 수신 대기 상태(701)는 송신기로부터의 데이터를 수신 대기하는 상태이다. 상기 수신 대기 상태(701)에서 데이터가 수신되면, 상기 중계국은 디코딩 상태(703)로 천이하여 수신된 데이터를 디코딩한다. 이때, 수신된 데이터의 CRC를 검사하여 오류유무를 판별한다.

만일, 수신된 데이터에 오류가 없으면, 상기 중계국은 상기 송신기로 ACK메시지를 전송한후 상기 수신큐 저장 상태(705)로 천이하여 수신 성공한 데이터를 수신 큐(Rx.Que)에 저장한다. 만일, 수신된 데이터 블록들의 일부 또는 전부에 오류가 존재하면, 상기 중계국은 상기 송신기로 NACK메시지를 전송한후 상기 수신 대기 상태(701)로 다시 천이한다.

한편, 상기 수신큐에 저장된 데이터는 수신기로 릴레이 전송되기 위해서 송신 큐(Tx.Que)로 복사되고, 상기 중계국은 송신큐 저장상태(707)로 천이한다. 여기서, 상기 수신큐와 상기 송신큐가 물리적으로 분리되어 있다면 상기 복사 동작이 이루어지지만, 상기 수신 큐를 상기 송신 큐로 이용한다면 복사 동작은 실제적으로 이루어지지 않는다.

상기 송신큐 저장상태(707)로 천이한 상기 중계국은 상기 송신큐에 저장된 데이터를 수신기로 전송하고 유효시간 타이머를 구동한후 응답대기 상태(709)로 천이하여 ACK/NACK 메시지의 수신을 대기한다.

만일, 상기 응답 대기 상태(709)에서 전송한 데이터 블록들에 대하여 ACK메시지가 상기 수신기로부터 수신되면, 상기 중계국은 상기 완료상태(711)로 천이하여 전송 성공된 데이터 블록들에 대한 전송을 완료한다. 즉, 상기 데이터 블록들에 대한 유효시간 타이머를 중지한다. 이와 같이, 전송이 완료되면, 상기 중계국은 상기 폐기 상태(715)로 천이하여 상기 전송 성공된 데이터 블록들을 폐기한다.

만일, 상기 응답 대기 상태(709)에서 상기 전송한 데이터 블록들의 일부 또는 전부에 대하여 NACK메시지가 수신되면, 상기 중계국은 상기 재전송 상태(713)로 천이한다. 상기 재전송 상태(713)로 천이한 상기 중계국은 재전송 요청된 데이터 블럭들을 재전송하고 상기 응답 대기 상태(709)로 다시 천이한다.

한편, 상기 데이터 블록들 각각은 유효시간(life time) 타이머를 가지고 있다. 따라서, 계속적인 재전송이 실패하여 미리 설정된 유효시간 타이머가 만료되면, 상기 중계국은 상기 폐기상태(715)로 천이하여 해당 데이터 블록들을 폐기(discard)한다. 이와 같이, 중계국에서도 송신기와 독립적으로 타이머를 관리하여 수신기와의 ARQ를 독립적으로 수행한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 송신기, 중계국 및 수신기의 동작을 상태 천이를 고려하여 도시하고 있다.

도 8을 참조하면, 먼저 송신기(transmitter)는 큐 저장 상태(501)에서 데이터를 중계국(Relay station)으로 전송하고, 상기 전송된 데이터에 대한 유효시간 타이머를 구동한다(801단계).

상기 중계국은 수신 대기 상태(701)에서 상기 송신기로부터의 데이터 수신을 대기하고, 데이터가 수신될 경우 디코딩 상태(703)로 천이하여 수신된 데이터의 디코딩 및 오류검사를 수행한다. 이때, 오류가 감지된 경우, 상기 중계국은 상기 송신기로 NACK메시지를 전송한다(803단계).

상기 801단계에서 데이터를 전송한후, 상기 송신기는 상기 응답 대기 상태(503)로 천이하여 상기 중계국으로부터의 응답(ACK/NACK)을 대기하고, 상기 중계국으로부터 NACK메시지가 수신될 경우 재전송상태(507)로 천이하여 해당 데이터를 재전송한다(805단계).

상기 803단계에서 송신기로 NACK메시지를 전송한후, 상기 중계국은 다시 상기 수신 대기 상태(701)로 천이하여 상기 송신기로부터의 재전송 데이터를 수신 대기하고, 재전송 데이터가 수신될 경우 상기 디코딩 상태(703)로 천이하여 수신된 데이터의 디코딩 및 오류검사를 수행한다. 이때, 오류가 발생하지 않은 경우, 상기 중계국은 상기 송신기로 ACK메시지를 전송한다. 또한, 수신 성공한 데이터를 큐(Que)에 저장하고 상기 데이터에 대한 전송을 완료한다(807단계).

상기 805단계에서 데이터를 재전송한후, 상기 송신기는 상기 응답 대기 상태(503)로 천이하여 상기 중계국으로부터의 응답(ACK/NACK)을 대기하고, 상기 중계국으로부터 ACK메시지가 수신될 경우 완료상태(505)로 천이하여 상기 타이머를 중지한다. 상기 타이머를 중지한 후 폐기상태(509)로 천이하여 전송 성공한 데이터를 폐기한다(809단계).

한편, 상기 수신 성공한 데이터가 큐에 저장되면, 상기 중계국은 송신큐 저장상태(707)로 천이하고, 상기 송신큐 저장상태(707)에서 수신기(Receiver)로 데이터를 전송한후 유효시간 타이머를 구동한다(811단계).

상기 수신기는 수신 대기 상태(601)에서 상기 중계국으로부터의 데이터 수신을 대기하고, 데이터가 수신될 경우 디코딩 상태(603)로 천이하여 수신된 데이터의 디코딩 및 오류검사를 수행한다. 이때, 오류가 감지된 경우, 상기 수신기는 상기 중계국으로 NACK메시지를 전송한다(813단계).

상기 811단계에서 데이터를 전송한후, 상기 중계국은 응답 대기 상태(709)로 천이하여 상기 수신기로부터의 응답(ACK/NACK)을 대기하고, 상기 수신기로부터 NACK메시지가 수신될 경우 재전송상태(713)로 천이하여 해당 데이터를 재전송한다(815단계).

상기 813단계에서 중계국으로 NACK메시지를 전송한후, 상기 수신기는 다시 상기 수신 대기 상태(601)로 천이하여 상기 중계국으로부터의 재전송 데이터를 수신 대기하고, 재전송 데이터가 수신될 경우 상기 디코딩 상태(603)로 천이하여 수신된 데이터의 디코딩 및 오류검사를 수행한다. 이때, 오류가 발생하지 않은 경우, 상기 수신기는 상기 중계국으로 ACK메시지를 전송한다. 또한, 수신 성공한 데이터를 큐에 저장하고 상기 데이터에 대한 전송을 완료한다(817단계).

상기 815단계에서 데이터를 재전송한후, 상기 중계국은 상기 응답 대기 상태(709)로 천이하여 상기 중수신기로부터의 응답(ACK/NACK)을 대기하고, 상기 수신기로부터 ACK메시지가 수신될 경우 완료상태(711)로 천이하여 상기 타이머를 중지한다. 상기 타이머를 중지한 후 폐기상태(715)로 천이하여 전송 성공한 데이터를 폐기한다.(819단계).

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 ARQ 수행 절차를 도시하고 있다.

도 9를 참조하면, 먼저 중계국은 901단계에서 송신기로부터 데이터(MAC 데이터)를 수신하고, 상기 수신된 데이터의 디코딩을 수행한다. 그리고, 상기 중계국은 903단계에서 상기 수신된 데이터에 대해 에러가 있는지 검사한다. 만일, 상기 수신된 데이터에 에러가 발생한 경우, 상기 중계국은 907단계로 진행하여 해당 데이터의 재전송을 요청하는 NACK메시지를 상기 송신기로 전송한후 상기 901단계로 되돌아간다.

만일, 상기 수신된 데이터에 에러가 발생하지 않은 경우, 상기 중계국은 905단계로 진행하여 해당 데이터의 수신 성공을 알리는 ACK메시지를 상기 송신기로 전송한다. 이후, 상기 중계국은 907단계로 진행하여 수신 성공한 데이터를 큐(Que)에 저장한다. 상기 큐는 송신기로부터 수신된 데이터들중 오류없는 데이터를 저장하기 위한 큐로, 수신기로 전송할 데이터를 저장하는 큐(또는 버퍼)로 사용될 수 있다.

따라서, 상기 중계국은 911단계에서 상기 큐에 저장된 데이터를 상기 수신기로 릴레이 전송한다. 이후, 상기 중계국은 913단계에서 상기 전송된 데이터에 대한 ACK메시지가 수신되는지 검사한다. 만일, 상기 ACK메시지가 수신되면, 상기 중계국은 915단계로 진행하여 상기 데이터에 대한 전송 동작을 완료한다. 만일, 상기 수신기로부터 NACK메시지가 수신되면, 상기 중계국은 917단계에서 해당 데이터의 유효시간이 만료되는지 검사한다. 상기 유효시간이 만료되지 않으면, 상기 중계국은 상기 911단계로 되돌아가 해당 데이터를 재전송한후 이하 단계를 재수행한다. 반면, 상기 유효시간이 만료되면, 상기 중계국은 919단계에서 해당 데이터를 폐기한후 전송 동작을 완료한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 구성을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 중계국은 크게 수신부(1000), 송신부(1100) 및 ARQ제어기를 포함하여 구성된다. 여기서, 도시된 바와 같이 수신부(1000)와 송신부(1100)가 하나의 안테나를 공유할 수도 있고, 다른 예로 수신부(1000)와 송신부(1100)가 각각 별도로 안테나를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 수신부(1000)는 RF수신기(1001), 물리계층 디코더(1002), MAC계층 PDU 디코더(1003), MAC계층 페이로드 디코더(1004)를 포함하여 구성되고, 상기 송신부(1100)는 MAC계층 페이로드 인코더(1101), MAC계층 PDU 인코더(1102), 물리계층 인코더(1103), RF송신기(1104)를 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 수신부(1000)를 살펴보면, RF수신기(1001)는 안테나를 통해 수신되는 RF신호를 기저대역 신호로 변환하고, 상기 기저대역 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 물리계층 디코더(1002)는 상기 RF수신기(1001)로부터의 디지털 신호를 물리계층 디코딩하여 원래의 정보데이터를 MAC계층 PDU 디코더(1003)로 전달한다. 여기서, 상기 물리계층 디코더(1002)는 변조블럭, 채널복호블럭 등을 포함할 수 있다. OFDM 시스템을 가정할 경우, 상기 변조블럭은 각 부반송파에 실린 데이터를 추출하기 위한 FFT연산기 등으로 구성되고, 상기 채널복호블럭은 복조기(demodulator), 디인터리버(deinterleaver), 채널디코더(channel decoder) 등으로 구성될수 있다.

상기 MAC계층 PDU 디코더(1003)는 상기 물리계층 디코더(1002)로부터 전달받은 MAC PDU의 헤더를 분석하고, CRC를 검사하여 출력한다. 구체적으로, 헤더분석기(1011)는 MAC PDU의 헤더를 분석하여 해당 MAC PDU의 페이로드가 제어정보를 포함하는지, 트래픽을 포함하는지 판단한다. 만일, 제어정보를 포함하는 경우 상기 MAC PDU의 페이로드는 페이로드 디코더(1004)의 제어메시지 해석기(1014)로 제공되고, 트래픽을 포함하는 경우 상기 MAC PDU의 페이로드는 수신 데이터 큐(1015)에 적재된다.

또한. CRC검사기(1012)는 상기 물리계층 디코더(1002)로부터 전달받은 MAC PDU에서 CRC코드를 분리하고, 상기 MAC PDU의 페이로드를 가지고 CRC코드를 생성하며, 상기 생성된 CRC코드와 상기 분리된 CRC코드의 일치여부를 판단하여 오류유무를 검사한다. 이때, 오류가 없는 MAC PDU의 페이로드를 상기 페이로드 디코더(1004)로 제공하며, 오류가 발생한 BSN들과 오류가 발생하지 않은 BSN들을 상기 ARQ제어기(1200)로 보고한다. 그러면, 상기 ARQ제어기(1200)는 수신된 데이터들에 대한 ACK/NACK 메시지를 송신기로 전송하도록 상기 송신부(1100)를 제어한다.

그리고, 페이로드 검출기(1013)는 상기 물리계층 디코더(1002)로부터 전달받은 MAC PDU에서 페이로드를 검출하여 페이로드 디코더(1004)로 제공한다.

상기 페이로드 디코더(1004)내 상기 제어메시지 해석기(1014)는 상기 MAC계층 PDU디코더(1003)로부터의 MAC 제어메시지를 해석한다. 여기서, 상기 MAC 제어메시지가 ACK 또는 NACK과 같은 ARQ관련 제어메시지일 경우, 상기 제어메시지 해석기(1014)는 이를 상기 ARQ제어기(1200)로 보고한다. 한편, 상기 수신데이터 큐(1015)는 상기 MAC계층 PDU디코더(1003)로부터의 수신 데이터를 버퍼링한다. 이렇게 버퍼링된 수신데이터는 수신기로 전송되기 위해서 상기 ARQ제어기(1200)의 제어하에 송신 데이터 큐(1111)에 복사된다. 본 발명의 실시예에서는 상기 수신 데이터 큐(1015)와 상기 송신 데이터 큐(1101)가 서로 분리되어 있는 경우를 설명하지만, 하나의 장치를 수신 데이터 큐와 송신 데이터 큐로 공유하여 사용할 수도 있다.

다음으로, 송신부(1100)를 살펴보면, 페이로드 인코더(1101)는 상기 송신 데이터 큐(1111)에 저장된 데이터들을 독출하여 MAC PDU인코더(1102)로 출력한다. 또한, 상기 페이로드 인코더(1101)는 제어메시지 생성기(1112)를 통해 ACK/NACK과 같은 MAC제어메시지도 생성하여 출력한다.

상기 MAC계층 PDU인코더(1102)는 상기 페이로드 인코더(1101)로부터의 데이터를 가지고 페이로드를 생성하고, 상기 페이로드에 헤더와 CRC를 부가하여 MAC PDU를 생성하여 물리계층 인코더(1103)로 출력한다. 구체적으로, 페이로드 생성기(1115)는 상기 페이로드 인코더(1101)로부터의 데이터(트래픽) 또는 MAC제어메시지를 가지고 페이로드를 생성한다. 그리고 헤더 생성기(1113)는 상기 생성된 페이로드에 대한 헤더를 생성하여 페이로드의 앞에 부가한다. 여기서, 상기 헤더는 페이로드가 담고 있는 데이터의 종류(트래픽, 제어메시지), ARQ를 위한 BSN 등의 정보를 포함할 수 있다. 또한, CRC생성기(1114)는 상기 생성된 페이로드에 대한 CRC코드를 생성하고, 상기 생성된 CRC코드를 페이로드의 뒤에 부가한다. 이와 같이, 페이로드에 헤더와 CRC코드를 부가하여 출력한다.

상기 물리계층 인코더(1103)는 상기 MAC계층 PDU인코더(1102)로부터의 MAC PDU들을 물리계층 인코딩하여 출력한다. 여기서, 상기 물리계층 인코더(1103)는 채널부호블럭, 변조블럭 등을 포함할수 있다. OFDM 시스템을 가정할 경우, 상기 채널부호블럭은 채널인코더(channel encoder), 인터리버(interleaver), 변조기(modulation) 등으로 구성되고, 상기 변조블럭은 송신 데이터를 다수의 직교하는 부반송파들에 싣기 위한 IFFT연산기 등으로 구성될 수 있다.

RF송신기(1104)는 상기 물리계층 인코더(1103)로부터의 기저대역 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 상기 기저대역 아날로그 신호를 RF신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다.

ARQ 상태 머신(1201)은 재전송된 데이터에 대한 ARQ 상태를 관리한다. ARQ 타이터(1202)는 전송되는 데이터 블록들 각각에 대한 유효시간(life time) 타이머를 관리한다. 상기 ARQ 제어기(1200)는 상기 ARQ상태 머신(1201)과 상기 ARQ 타이머(1202)와 연동하여 ARQ에 전반적인 동작을 제어한다. 예를들어, 수신기로 송신된 MAC PDU들에 대한 응답메시지 수신시, 이를 분석하여 NACK에 해당하는 데이터들은 재전송하고, ACK에 해당하는 데이터들은 상기 송신 데이터 큐(1111)에서 폐기(discard)하기 위한 제어를 수행한다.

상술한 실시예에서, 송신기로부터 데이터를 수신하는 시간, 데이터를 수신기로 릴레이하는 시간, 송신기로부터 수신한 데이터에 대한 응답(ACK/NACK)을 전송하는 시간, 수신기로부터의 전송한 데이터에 대한 응답을 수신하는 시간 등은 본 발명과 직접적인 관련이 없으므로 구체적으로 언급하지 않았다. 기지국, 중계국 및 단말이 어떠한 시간에 어떠한 자원을 사용하여 통신하는지는 프레임 구조와 관련이 있으므로, 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

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 무선통신시스템에서 데이터를 릴레이할 수 있는 새로운 네트워크 구성(중계국)이 구현될 경우, ARQ를 효율적으로 수행할 수 있는 이점이 있다. 다시 말해, 기지국과 중계국 사이의 ARQ 및 중계국과 단말기 사이의 ARQ를 서로 독립적으로 수행하기 때문에 ARQ를 분산 제어할 수 있는 이점이 있다. 또한, 중계국은 수신 성공한 데이터에 대해서만 수신기로 릴레이하기 때문에, 송신기와 중계국간에 이미 오류가 발생한 데이터를 수신기로 전송함으로써 발생하는 무선자원의 낭비를 막을 수 있다. 또한, 수신기가 수신하는 데이터에 대해 신뢰도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (20)

1. 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 ARQ(Automatic Retransmission reQuest) 수행 방법에 있어서,

   기지국과 중계국 사이에 제1ARQ 절차를 수행하는 과정과,

   상기 중계국과 단말기 사이에 상기 제1ARQ 절차와 독립적으로 제2ARQ 절차를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 ARQ 절차에서 교환되는 MAC(Media Access Control)메시지의 서비스 식별자는 상기 중계국의 CID(Connection IDentifier)고, BSN(Block Sequence Number)와 응답 타입(ACK Type)은 상기 기지국과 상기 중계국 사이에서 유효한 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제2 ARQ 절차에서 교환되는 MAC메시지의 서비스 식별자는 상기 단말기의 CID고, BSN(Block Sequence Number)와 응답 타입(ACK Type)은 상기 중계국과 상기 단말기 사이에서 유효한 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서,

   순방향 전송일 경우, 상기 제1ARQ 절차의 제어는 상기 기지국에서 담당하고, 상기 제2ARQ 절차의 제어는 상기 중계국에서 담당하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서,

   역방향 전송일 경우, 상기 제1ARQ 절차의 제어는 상기 중계국이 담당하고, 상기 제2ARQ 절차의 제어는 상기 단말기에서 담당하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1ARQ 절차 수행 과정은,

   순방향 전송일 경우, 상기 중계국이, 상기 기지국으로부터 MAC데이터들을 수신하는 과정과,

   상기 MAC데이터들 각각에 대해 오류 유무를 검사하는 과정과,

   상기 오류가 발생한 MAC데이터들에 대하여 상기 기지국으로 재전송 요청을 전송하는 과정과,

   상기 오류가 발생하지 않은 MAC데이터들을 릴레이 송신을 위한 버퍼에 저장하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 기지국이, 상기 MAC데이터들 각각에 대하여 유효시간 타이머가 만료되는지 검사하고, 상기 유효시간 타이머가 만료될 까지 전송이 완료되지 않으면 해당 MAC데이터를 폐기하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 제2ARQ 절차 수행 과정은,

   순방향 전송일 경우, 상기 중계국이, 상기 기지국으로부터 수신 성공된 데이터들을 버퍼로부터 독출하여 상기 단말기로 전송하는 과정과,

   상기 전송된 MAC데이터들에 대한 응답메시지 수신시, NACK에 해당하는 MAC데이터들을 상기 버퍼로부터 독출하여 재전송하는 과정과,

   상기 응답메시지 수신시, ACK에 해당하는 MAC데이터들을 상기 버퍼에서 폐기하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 중계국이, 상기 전송된 MAC데이터들 각각에 대하여 유효시간 타이머가 만료되는지 검사하고, 상기 유효시간 타이머가 만료될 까지 전송이 완료되지 않으 면 해당 MAC데이터를 폐기하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항에 있어서,

    상기 중계국은 순방향에서 상기 기지국으로부터 수신 성공된 데이터를 상기 단말기로 릴레이 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서,

    상기 중계국은 역방향에서 상기 단말기로부터 수신 성공된 데이터를 상기 기지국으로 릴레이 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 ARQ(Automatic Retransmission reQuest) 수행 장치에 있어서,

    송신기로부터 수신되는 MAC데이터들의 오류 유무를 검사하기 위한 검사기와,

    상기 오류가 발생하지 않은 MAC데이터들을 저장하기 위한 버퍼와,

    상기 버퍼로부터의 데이터를 독출하여 송신 MAC데이터들을 생성하기 위한 MAC인코더와,

    상기 MAC인코더로부터의 송신 MAC데이터들을 수신기로 송신하기 위한 송신기 를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 오류가 발생한 MAC데이터들에 대한 재전송 요청을 제어하기 위한 ARQ제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 송신기로 송신되는 MAC데이터들 각각에 대한 유효시간 타이머를 관리하는 ARQ타이머를 더 구비하며,

    상기 ARQ제어기는, 상기 유효시간 타이머가 만료될 까지 전송이 완료되지 않은 MAC데이터를 상기 버퍼에서 폐기(discard)하는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제13항에 있어서,

    상기 수신기로 송신된 MAC데이터들에 대한 응답메시지 수신시, 상기 ARQ제어기는, NACK에 해당하는 MAC데이터들을 상기 버퍼로부터 독출하여 재전송하고, ACK에 해당하는 MAC데이터들을 상기 버퍼에서 폐기하는 것을 특징으로 하는 장치.
16. 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 ARQ(Automatic Retransmission reQuest) 수행 방법에 있어서,

    송신기로부터 수신되는 MAC데이터들 각각에 대해 오류 유무를 검사하는 과정과,

    상기 오류가 발생한 MAC데이터들에 대하여 상기 송신기로 재전송 요청을 전송하는 과정과,

    상기 오류가 발생하지 않은 MAC데이터들을 버퍼에 저장하는 과정과,

    상기 버퍼에 저장된 MAC데이터들을 독출하여 수신기로 릴레이 송신하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제16항에 있어서,

    상기 수신기로 송신된 MAC데이터들에 대한 응답메시지 수신시, NACK에 해당하는 MAC데이터들을 상기 버퍼로부터 독출하여 재전송하는 과정과,

    상기 응답메시지 수신시, ACK에 해당하는MAC데이터들을 폐기하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제16항에 있어서,

    상기 수신기로 송신된 MAC데이터들 각각에 대하여 유효시간 타이머가 만료되는지 검사하고, 상기 유효시간 타이머가 만료될 까지 전송이 완료되지 않으면 해당 MAC데이터를 폐기하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 릴레이 방식을 사용하는 무선통신시스템에서 중계국의 ARQ 상태 천이 방법에 있어서,

    송신기로부터의 데이터 수신을 대기하는 수신대기상태(Wait Data)에서 데이터 수신시 디코딩상태(Data Decoding/CRC Check)로 천이하는 과정과,

    상기 디코딩상태에서 상기 수신된 데이터를 디코딩 및 에러 검사하는 과정과,

    상기 에러가 없으면 상기 송신기로 ACK 응답신호를 전송한후 수신큐 저장상태(Store Data in RS Rx.Que)로 천이하여 에러가 없는 데이터를 큐에 저장하는 과정과,

    상기 에러가 있으면 상기 송신기로 NACK 응답신호를 전송한후 다시 상기 수신대기상태로 천이하는 과정과,

    상기 큐에 데이터를 저장한후 상기 큐에 저장된 데이터를 수신기로 송신하기 위한 송신큐 저장상태(Data in RS Tx.Que)로 천이하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제19항에 있어서,

    상기 송신큐 저장상태에서 상기 큐에 저장된 데이터를 수신기로 송신한후 응답대기상태(Wait ACK/NACK)로 천이하는 과정과,

    상기 응답대기상태에서 상기 수신기로부터 ACK응답신호가 수신될 경우 완료상태(Done)로 천이하여 전송을 완료하는 과정과,

    상기 응답대기상태에서 NACK 응답신호가 수신될 경우 재전송상태(Waiting for Retransmission)로 천이하는 과정과,

    상기 재전송상태에서 해당 데이터를 재전송한후 다시 상기 응답대기상태로 천이하는 과정과,

    상기 응답대기상태 및 상기 재전송상태에서 해당 데이터에 대한 유효시간이 만료될 경우 폐기상태(Data Discard)로 천이하여 해당 데이터를 폐기하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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