KR20080088071A - 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다중-홉 릴레이(Multi-Hop Relay) 방식을 적용한 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법에 있어서, 기지국이 이동 단말기로 송신할 데이터가 생성되면, 상기 생성된 데이터를 분할한 후, 상기 분할된 데이터들을 다수의 중계국들로 송신하는 과정과, 상기 중계국들이 상기 분할된 데이터들을 수신하고, 상기 수신한 데이터들에서 상기 중계국에게 해당하는 데이터만을 상기 이동 단말기로 송신하는 과정을 포함한다.
다중-홉 릴레이(Multi-Hop Relay), 중계국, 복호 전송(Decode and Forward), 증폭 전송(Amplify and Forward)

Description

통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR TRANSMITTING/RECEIVING DATA IN A COMMUNICATION SYSTEM}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중-홉 릴레이 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 BS와 RS의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 다중-홉 릴레이(Multi-Hop Relay) 방식을 적용한 통신 시스템(이하 '다중-홉 릴레이 통신 시스템'이라 칭하기로 함)에서 데이터 송수신 방법 및 시스템에 관한 것이다.
차세대 통신 시스템에서는 고속의 다양한 서비스 품질(Quality of Service: 이하 'QoS' 칭하기로 함)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위한 활발한 연구가 진행되고 있다. 특히, 현재 차세대 통신 시스템에서는 무선 근거리 통신 네트워크(WLAN: Wireless Local Area Network, 이하 'WLAN'이라 칭하기로 함) 시스템 및 무선 도시 지역 네트워크(WMAN: Wireless Metropolitan Area Network, 이하 'WMAN'이라 칭하기로 함) 시스템과 같은 BWA 통신 시스템에 이동성(mobility)과 QoS를 보장하는 형태로 고속 서비스를 지원하도록 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 그 대표적인 통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16a/d 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템이다.
상기 IEEE 802.16a/d 통신 시스템 및 IEEE 802.16e 통신 시스템은 상기 무선 MAN 시스템의 물리 채널(physical channel)에 광대역(broadband) 전송 네트워크를 지원하기 위해 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 한다)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함) 방식을 적용한 통신 시스템이다. 상기 IEEE 802.16a/d 통신 시스템은 현재 가입자 단말기(SS: Subscriber Station, 이하 'SS'라 칭하기로 함)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 802.16a 통신 시스템에 SS의 이동성을 고려하는 시스템이며, 상기 이동성을 가지는 SS를 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 함)이라고 칭하기로 한다.
한편, 차세대 통신 시스템에서는, 고속 통신을 가능하게 하고 많은 통화량을 수용하기 위해서 셀 반경이 매우 작은 셀들이 설치되어야 한다. 그러나, 통신 시스템에 매우 작은 셀들이 설치될 경우, 중앙 집중적 설계 방식인 현재의 무선 네트워크 설계 방식으로는 시스템의 구현이 불가능해질 수 있다. 즉, 통신 시스템은, 분 산적으로 제어되도록 구축되고, 새로운 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 함)의 추가와 같은 환경 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 무선 네트워크 설계 방식을 필요로 한다. 그에 따라, 통신 시스템은, 중계국(RS: Relay Station, 이하 'RS'라 칭하기로 함)을 통해 BS와 MS간의 다중-홉 릴레이 경로를 제공하는 다중-홉 릴레이 통신 시스템이 제안되었다.
이러한 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 상기 RS가 BS 또는 MS로부터 데이터를 수신하여 상기 수신한 데이터를 MS 또는 BS로 송신하는 구체적인 데이터 송수신 방안이 존재하지 않으며, 특히 데이터의 송수신 및 자원의 사용 효율을 향상시킬 수 있는 데이터 송수신 방안이 필요하다. 또한, 상기 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 BS가 다수의 송신 안테나들을 통해 데이터를 송신하고, 상기 BS와 MS 간의 릴레이 경로를 제공하는 RS가 다수개일 경우, 즉 상기 BS와 MS간의 다수의 릴레이 경로가 형성될 경우의 데이터 송수신 방안이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다수의 송신 안테나를 포함하는 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법에 있어서, 기지국이 이동 단말기로 송신할 데이터가 생성되면, 상기 생성된 데이터를 분할한 후, 상기 분할된 데이터들을 다수의 중계국들로 송신하는 과정과, 상기 중계국들이 상기 분할된 데이터들을 수신하고, 상기 수신한 데이터들에서 상기 중계국에게 해당하는 데이터만을 상기 이동 단말기로 송신하는 과정을 포함한다.
상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은, 통신 시스템에서 데이터 송수신 시스템에 있어서, 이동 단말기로 송신할 데이터가 생성되면, 상기 생성된 데이터를 분할한 후, 상기 분할된 데이터들을 다수의 중계국들로 송신하는 기지국과, 상기 기지국으로부터 상기 분할된 데이터들을 수신하고, 상기 수신한 데이터들 중에서 중계국에게 해당하는 데이터만을 상기 이동 단말기로 송신하는 중계국을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
본 발명은 통신 시스템, 예컨대 광대역 무선 접속(BWA: Broadband Wireless Access, 이하 'BWA'라 칭하기로 함) 통신 시스템으로 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 시스템을 제안한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시예에서는, 설명의 편의상 상기 통신 시스템을 IEEE 802.16e 통신 시스템에서 직교 주파수 분할 다중(OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 이하 'OFDM'이라 칭하기로 함)/직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 이하 'OFDMA'이라 칭하기로 함) 방식을 적용한 통신 시스템을 일예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송수신 방법 및 시스템은 다른 통신 시스템들에도 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 다중-홉 릴레이(Multi-hop relay) 방식을 적용한 통신 시스템(이하 '다중-홉 릴레이 통신 시스템'이라 칭하기로 함)에서 데이터 송수신 방법 및 시스템을 제안한다. 후술할 본 발명의 실시예에서는 송신기, 예컨대 소정의 한 셀을 관장하는 기지국(BS: Base Station, 이하 'BS'라 칭하기로 함)과 수신기, 예컨대 상기 BS로부터 통신 서비스를 제공받는 이동 단말기(MS: Mobile Station, 이하 'MS'라 칭하기로 함)와, 상기 BS와 MS 간을 중계하는, 즉 다중-홉 릴레이 경로를 제공하는 다수의 중계국(RS: Relay Station, 이하 'RS'라 칭하기로 함)을 포함하는 통신 시스템에서 상기 BS로부터 수신한 데이터를 RS들이 제공하는 다중-홉 릴레이 경로를 통해 MS로 송신하는 송수신 방법 및 시스템을 제안한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시예에서는 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 상기 BS와 다수의 RS들 및 MS간의 신호 송수신이 상기 OFDM/OFDMA 방식을 사용하여 이루어짐으로 가정하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송수신 방법 및 시스템은 다른 방 식을 사용하여 신호의 송수신이 이루어지는 통신 시스템들에도 적용 가능하다.
아울러, 본 발명은 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 다수의 송신 안테나를 통해 BS가 데이터를 송신하면, 상기 송신한 데이터를 다수의 RS가 수신하여 MS로 데이터를 송신하는 데이터 송수신 방법 및 시스템을 제안한다. 후술할 본 발명의 실시예에서는, 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 상기 BS가 다수의 송신 안테나를 통해 데이터를 송신하고, 상기 RS와 MS는 하나의 송수신 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 것으로 가정하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송수신 방법 및 시스템은, 상기 RS와 MS가 다수의 송수신 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 경우, 즉 다중입력 다중출력(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 함) 방식을 이용하는 다중-홉 릴레이 통신 시스템뿐만 아니라 상기 BS, RS 및 MS가 단일 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 경우, 즉 단일입력 단일출력(SISO: Single-Input Single-Output, 이하 'SISO'라 칭하기로 함) 방식을 이용하는 다중-홉 릴레이 통신 시스템에도 적용 가능하다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템은, 상기 MS로 송신할 데이터가 생성되면 상기 BS가 상기 생성된 데이터를 릴레이 경로의 수, 즉 BS 자신과 MS 간에 릴레이 경로를 제공하는 RS들의 개수에 상응하여 분할하고, 상기 분할된 데이터를 상기 RS들로 송신하며, 상기 RS들은 수신한 데이터를 소정의 전송 방식을 이용하여 MS로 송신한다. 다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 BS는 자신으로부터 직접 데이터를 수신하고, 상기 수신한 데이터를 MS로 송신하는 RS들의 개수에 상응하여 데이터를 분할하고, 상기 분할한 데이터를 RS들로 송신하면, 상기 데이터를 수신한 RS는 상기 분할되어 수신된 데이터에서 자신에게 해당하는 데이터만을 MS로 송신한다. 여기서, 후술할 본 발명의 실시예에서는 2-홉 릴레이 통신 시스템을 일예로 하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송수신 방법 및 시스템은, 2-홉 이상의 다중-홉 릴레이 통신 시스템에도 적용 가능하다.
이러한 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 상기 BS는 전술한 바와 같이 홉의 수와는 상관없이 릴레이 경로의 수, 즉 BS 자신으로부터 직접 데이터를 수신하고, 상기 수신한 데이터를 MS로 송신하는 RS들의 개수에 상응하여 데이터를 분할하고, 상기 분할한 데이터를 RS들로 송신한다. 이때, 상기 BS는 MS로 송신할 데이터가 생성되면, 상기 생성된 데이터를 BS, RS들, 및 MS 간의 채널 상태에 상응하여 각 채널들을 통해 전송 가능한, 즉 BS, RS들, MS 간에 형성된 릴레이 경로를 통해 전송 가능한 크기로 분할한다. 그런 다음, 상기 BS는 분할된 데이터에 상응하여 모든 RS들이 수신하여야 하는 공통 정보, 즉 모든 RS들로 방송되는 공통 정보를 포함하는 제1데이터를 생성한다. 여기서, 상기 제1데이터에는 상기 분할된 데이터의 분할 정보와, 상기 분할된 데이터의 부호화 정보가 포함된다.
여기서, 상기 BS는 생성된 데이터를 상기 RS들의 개수에 상응한 개수로 분할하여 다수의 데이터를 생성, 예컨대 상기 RS들의 개수가 2개일 경우 제2데이터 및 제3데이터를 생성한다. 그런 다음, 상기 생성한 제1데이터와 상기 RS들의 개수에 상응하여 생성된 데이터들과 결합한 후, 예컨대 상기 제1데이터와 제2데이터, 및 제3데이터를 결합한 후, 상기 결합된 데이터를 RS들로 송신한다. 그러면, 상기 RS들은 수신한 데이터에서 상기 제1데이터를 통해 자신에게 해당하는 데이터, 즉 자 신이 MS로 송신해야하는 데이터를 확인하고, 확인한 데이터의 부호화 정보를 확인한 후, MS로 해당 데이터를 송신, 예컨대 RS1은 상기 제1데이터를 통해 자신에게 해당하는 상기 제2데이터를 MS로 송신하고, RS2는 상기 제1데이터를 통해 자신에게 해당하는 상기 제3데이터를 상기 MS로 송신한다.
이때, 상기 RS들은 BS로부터 데이터를 수신하면 소정의 전송 방식, 예컨대 제1전송 방식으로 복호 전송(DF: Decode and Forward, 이하 'DF'라 칭하기로 함) 방식과 제2전송 방식으로 증폭 전송(AF: Amplify and Forward, 이하 'AF'라 칭하기로 함) 방식 중 하나의 전송 방식을 이용하여 데이터를 MS로 송신한다. 여기서, 상기 DF 방식은 BS와 MS간에 릴레이 경로를 제공하는 RS가 BS 또는 MS로부터 수신한 데이터를 복호한 후 다시 부호화하여 데이터를 송신하는 방식을 의미한다. 보다 구체적으로 설명하면, 다중-홉 릴레이 통신 시스템의 주파수 대역의 채널 상태, 다시 말해 BS와 MS간의 릴레이 경로의 채널 상태가 열악할 경우, 상기 BS 또는 MS가 상기 RS로 데이터 송신시 사용한 부호 방식과는 상이한 부호 방식을 사용하여 데이터를 송신하는 방식을 의미한다. 즉, 상기 DF 방식은 데이터를 수신하면, 상기 수신한 데이터에 적용된 부호 방식에 상응하여 복호를 수행한 후, 상기 수신한 데이터에 적용된 부호 방식과는 상이한 부호 방식을 상기 복호한 데이터에 적용하여 데이터를 송신한다.
또한, 상기 AF 방식은, BS와 MS간에 릴레이 경로를 제공하는 RS가 BS 또는 MS로부터 수신한 데이터의 송신 전력을 증폭하여 송신하는 방식을 의미한다. 보다 구체적으로 설명하면 BS와 MS 간의 릴레이 경로의 채널 상태가 양호할 경우, 상기 BS 또는 MS가 상기 RS로 데이터 송신시 사용한 부호 방식은 동일하며, 송신 전력을 증폭하여 데이터를 송신하는 방식을 의미한다. 후술할 본 발명의 실시예에서는 상기 RS들이 BS로부터 데이터를 수신하면 제1전송 방식인 DF 방식을 이용하여 수신한 데이터를 MS로 송신하는 경우로 가정하여 설명하지만, 본 발명에서 제안하는 데이터 송수신 방법 및 시스템은 상기 제1전송 방식인 DF 방식이 아닌 다른 방식, 예컨대 제2전송 방식인 AF 방식을 이용하여 수신한 데이터를 MS로 송신하는 경우에도 적용 가능하다. 그러면 여기서, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다중-홉 릴레이 통신 시스템의 구조를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중-홉 릴레이 통신 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 1은 설명의 편의를 위해 BS와 MS간에 두개의 RS들이 두개의 2-홉 릴레이 경로를 제공하고, 상기 BS는 두개의 송신 안테나를 통해 데이터를 송신하고, 상기 RS들은 한개의 송수신 안테나를 통해 데이터를 송수신하며, 상기 MS는 한개의 수신 안테나를 통해 데이터를 수신하는 경우를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 통신 시스템은, 통신 서비스를 제공하며 두개의 송신 안테나들(112,114)을 통해 데이터를 송신하는 BS(110)와, 상기 BS(110)로부터 통신 서비스를 제공받으며 한개의 수신 안테나를 통해 데이터를 수신하는 MS(130)와, 상기 BS(110)와 MS(130)간의 릴레이 경로를 각각 제공하며 한개의 송수신 안테나를 통해 데이터를 송수신하는 RS들, 즉 RS1(120), RS2(125)를 포함한다. 여기서, 상기 BS(110)와 RS들(120,125)간의 형성된 채널(G)과 상기 RS들(120,125)과 MS(130)간의 형성된 채널(H)은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007024365708-PAT00001
Figure 112007024365708-PAT00002
,
한편, 상기 BS(110)는 전술한 바와 같이 상기 MS(130)로 송신할 데이터(X)가 생성되면, 상기 생성된 데이터(X)를 릴레이 경로의 수, 즉 BS(110) 자신과 MS(130) 간에 릴레이 경로를 제공하는 RS들(120,125)의 개수에 상응하여 분할하고, 상기 분할된 데이터를 상기 RS들(120,125)로 송신한다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 BS(110)는 홉의 수와는 상관없이 릴레이 경로의 수, 즉 BS(110) 자신으로부터 직접 데이터를 수신하고, 상기 수신한 데이터를 MS(130)로 송신하는 RS들(120,125)의 개수에 상응하여 데이터를 분할하고, 상기 분할한 데이터를 RS(120,125)들로 송신한다.
이때, 상기 BS(110)는 MS(130)로 송신할 데이터(X)가 생성되면, 상기 생성된 데이터를 상기 RS들(120,125)의 개수에 상응하여 분할하여 다수의 데이터를 생성, 예컨대 상기 RS들(120,125)의 개수가 2개이므로 송신할 데이터(X)를 분할하여 제2데이터(x1) 및 제3데이터(x2)를 생성한다. 여기서, 상기 송신할 데이터(X)는 BS(110)와 RS들(120,125) 간 형성된 채널(G) 및 상기 RS들(120,125)과 MS(130) 간 형성된 채널(H)의 채널 상태에 상응하여 각 채널들을 통해 전송 가능한 크기의 데이터로 분할, 즉 제2데이터(x1) 및 제3데이터(x2)의 크기는 채널들(G, H)을 통해 전 송한 가능한, 다시 말해 BS(110), RS1(120), MS(130)간에 형성된 릴레이 경로를 통해 전송 가능한 크기 및 BS(110), RS2(125), MS(130)간에 형성된 릴레이 경로를 통해 전송 가능한 크기로 분할된다. 그리고, 만약 상기 RS들의 개수가 3개일 경우 상기 송신할 데이터(X)는 BS, RS들, MS간 형성된 채널의 상태에 상응하여 릴레이 경로를 통해 전송 가능한 크기를 갖는 3개의 데이터로 분할, 즉 제2데이터(x1), 제3데이터(x2), 및 제4데이터(x3)로 분할된다.
그런 다음, 상기 BS(110)는 분할된 데이터, 즉 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)에 상응하여 모든 RS들(120,125)이 수신하여야 하는 공통 정보, 즉 모든 RS들(120,125)로 방송되는 공통 정보를 포함하는 제1데이터(x0)를 생성한다. 여기서, 상기 제1데이터(x0)에는 상기 분할된 데이터, 즉 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)의 분할 정보와, 상기 분할된 데이터의 부호화 정보, 즉 상기 BS(110)가 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)를 RS들(120,125)로 송신시 적용한 부화 정보가 포함된다. 다음으로, 상기 BS(110)는 제1데이터(x0)와 상기 RS들(120,125)의 개수에 상응하여 생성된 데이터들과 각각 결합, 즉 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)를 결합한 후, 상기 결합된 데이터를 두개의 송신 안테나들(112,114)을 통해 RS들(120,125)로 송신한다.
그러면, 상기 RS들(120,125)은 하나의 수신 안테나를 통해 상기 BS(110)가 송신한 데이터를 수신, 즉 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터를 수신한다. 이때, 상기 RS들(120,125)이 수신한 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)의 데이터 수신율은 하기 수학식 2 내지 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007024365708-PAT00003
Figure 112007024365708-PAT00004
Figure 112007024365708-PAT00005
상기 수학식 2 내지 수학식 4에서, R0, R1, R2는 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)의 데이터 수신율을 의미하고, g0, g1, g2는 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 송신된 채널, 즉 BS(110)와 RS들(120,125)간에 형성된 채널(G)의 파라미터를 의미하고, u0, u1, u2는 상기 BS(110)가 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)를 송신시의 빔 포 밍(beam forming) 파라미터를 의미하며, P0, P1, P2는 상기 BS(110)가 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)를 송신시의 송신 전력을 의미한다.
여기서, 상기 BS(110)가 Cover-van der Meulen-Hajek-Pursley(이하 'CMHP'라 칭하기로 함) 방식을 적용하여 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)를 부호화하여 상기 RS들(120,125)로 송신할 경우, 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)의 데이터 수신율은 상기 수학식 2 내지 수학식 4와 같이 나타낼 수 있으며, 상기 BS(110)가 Dirty Paper Coding(이하 'DPC'라 칭하기로 함)이 추가된 DPC-CMHP 방식을 적용하여 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)를 부호화하여 상기 RS들(120,125)로 송신할 경우, 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1)의 데이터 수신율은 상기 수학식 2 및 수학식 3과 같이 나타낼 수 있으며, 상기 제3데이터(x2)의 데이터 수신율은 상기 수학식 4에서 제2데이터(x1)를 송신시의 송신 전력 P1에 해당하는 성분, 즉 분모
Figure 112007024365708-PAT00006
이 제거되어 수신율이 향상된다.
이렇게 BS(110)로부터 데이터를 수신한 RS들(120,125)은 상기 수신한 데이터에서 자신에게 해당하는 데이터, 다시 말해, RS1(120)은 상기 BS(110)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 자신에 게 해당하는 상기 제2데이터(x1)만을 DF 방식을 이용하여 MS(130)로 송신한다. 또한, RS2(125)는 상기 BS(110)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 자신에게 해당하는 상기 제3데이터(x2)만을 DF 방식을 이용하여 MS(130)로 송신한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 RS1(120)은 상기 BS(110)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 상기 제1데이터(x0)에 포함된 분할 정보를 이용하여 자신에게 해당하는 데이터를 확인, 즉 RS1(120)이 MS(130)로 송신해야 하는 데이터가 제2데이터(x1)임을 확인하고, 상기 제1데이터(x0)에 포함된 부호화 정보를 이용하여 상기 제2데이터(x1)의 부호화 방식을 확인한다. 그런 다음, 상기 RS1(120)은 상기 제2데이터(x1)를 상기 확인한 부호화 방식에 상응하여 복호, 즉 상기 제2데이터(x1)를 상기 BS(110)가 적용한 부호 방식에 상응하는 복호 방식을 적용하여 복호하고, 상기 복호된 데이터, 즉 상기 제2데이터(x1)를 상기 BS(110)가 적용한 부호 방식과는 상이한 부호 방식을 적용하여 부호화한 후, 상기 부호화된 상기 제2데이터(x1)와 상기 제2데이터(x1)의 부호화 정보를 공통 정보로 포함하는 제1데이터(x0)를 MS(130)로 송신한다.
또한, 상기 RS2(125)는 상기 BS(110)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이 터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 상기 제1데이터(x0)에 포함된 분할 정보를 이용하여 자신에게 해당하는 데이터를 확인, 즉 RS2(125)가 MS(130)로 송신해야 하는 데이터가 제3데이터(x2)임을 확인하고, 상기 제1데이터(x0)에 포함된 부호화 정보를 이용하여 상기 제3데이터(x2)의 부호화 방식을 확인한다. 그런 다음, 상기 RS2(125)는 상기 제3데이터(x2)를 상기 확인한 부호화 방식에 상응하여 복호, 즉 상기 제3데이터(x2)를 상기 BS(110)가 적용한 부호 방식에 상응하는 복호 방식을 적용하여 복호하고, 상기 복호된 데이터, 즉 상기 제3데이터(x2)를 상기 BS(110)가 적용한 부호 방식과는 상이한 부호 방식을 적용하여 부호화한 후, 상기 부호화된 상기 제3데이터(x2)와 상기 제3데이터(x2)의 부호화 정보를 공통 정보로 포함하는 제1데이터(x0)를 MS(130)로 송신한다.
여기서, 상기 RS들(120,125)은 전술한 바와 같이 상기 수신한 데이터에서 자신에게 해당하는 데이터, 다시 말해, RS1(120)은 상기 BS(110)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 자신에게 해당하는 상기 제2데이터(x1)만을 AF 방식을 이용하여 MS(130)로 송신하고, RS2(125)는 상기 BS(110)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 자신에게 해당하는 상기 제3데이터(x2)만을 AF 방식을 이용하여 MS(130)로 송신할 수 있다.
이렇게 상기 RS1(120)과 RS2(125)가 MS(130)로 송신하는 데이터는 하기 수학식 5 및 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007024365708-PAT00007
Figure 112007024365708-PAT00008
상기 수학식 5 및 수학식 6에서, xR1, xR2는 상기 RS1(120), RS2(125)가 MS(130)로 각각 송신하는 데이터를 의미하고, α는 RS1(120)에서 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1)간의 가중치를 의미하고, β는 RS2(125)에서 제1데이터(x0)와 제3데이터(x2)간의 가중치를 의미하고, h1, h2는 상기 RS1(120)과 MS(130), RS2(125)와 MS(130)간의 형성된 채널(H)의 파라미터를 의미하고, h1 *, h2 *는 h1, h2의 켤레복소(conjugate) 값을 의미하고,
Figure 112007024365708-PAT00009
,
Figure 112007024365708-PAT00010
는 h1, h2의 크기를 의미하며, PR1, PR2는 상기 RS1(120), RS2(125)가 MS(130)로의 데이터 송신시의 송신 전력을 의미한다.
또한, 상기 수학식 5 및 수학식 6에서
Figure 112007024365708-PAT00011
,
Figure 112007024365708-PAT00012
의 비와
Figure 112007024365708-PAT00013
,
Figure 112007024365708-PAT00014
의 비가 같으면, 상기 RS1(120)와 RS2(125)는 최적의 빔을 형성하여 상기 MS(130)로 데이터를 송신하며, 상기 MS(130)가 제1데이터(x0)를 수신할 경우의 신호대 잡음비(SNR: Signal to Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 함)는 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007024365708-PAT00015
상기 수학식 7에서 SNR0은 상기 MS(130)가 제1데이터(x0)를 수신할 경우의 SNR을 의미하고, N0는 RS들(120,125)과 MS(130) 간의 형성된 채널(H)에서의 잡음을 의미한다. 또한, RS1(120)만이 송신하는 제2데이터(x1)와 RS2(125)만이 송신하는 제3데이터(x2)는 빔 형성시 사용된 나머지 전력, 즉
Figure 112007024365708-PAT00016
,
Figure 112007024365708-PAT00017
으로 MS(130)로 송신된다. 따라서, 상기 MS(130)가 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)를 수신할 경우의 SNR은 하기 수학식 8 및 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007024365708-PAT00018
Figure 112007024365708-PAT00019
상기 수학식 8 및 수학식 9에서 SNR1, SNR2는 상기 MS(130)가 제1데이터(x0)를 수신할 경우의 SNR을 의미한다.
이렇게 RS1(120), RS2(125)로부터 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)를 수신한 MS(130)는 각 데이터의 부호화 정보로 공통 정보가 포함된 제1데이터(x0)를 복호한 후, 나머지 데이터, 즉 공평한 시간 공유를 통해 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)를 복호한다. 여기서, 상기 MS(130)가 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)의 데이터 수신율은 하기 수학식 10 내지 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112007024365708-PAT00020
Figure 112007024365708-PAT00021
Figure 112007024365708-PAT00022
이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 BS와 RS에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다중-홉 릴레이 통신 시스템에서 BS와 RS의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, BS(200)는 전술한 바와 같이 MS로 송신할 데이터(X)가 생성되면, 상기 생성된 데이터를 RS들(260,280)의 개수에 상응하여 분할하여 다수의 데이터를 생성, 예컨대 상기 RS들(260,280)의 개수가 2개이므로 송신할 데이터(X)를 분할하여 제2데이터(x1) 및 제3데이터(x2)를 생성한다. 여기서, 상기 송신할 데이터(X)는 BS(200)와 RS들(260,280) 간 형성된 채널(G) 및 상기 RS들(260,280)과 MS 간 형성된 채널(H)의 채널 상태에 상응하여 각 채널들을 통해 전송 가능한 크기의 데이터로 분할, 즉 제2데이터(x1) 및 제3데이터(x2)의 크기는 채널들(G, H)을 통해 전송한 가능한, 다시 말해 BS(200), RS1(260), MS간에 형성된 릴레이 경로를 통해 전송 가능한 크기, 및 BS(200), RS2(260), MS(280)간에 형성된 릴레이 경로를 통해 전송 가능한 크기로 분할된다.
그런 다음, 상기 BS(200)는 분할된 데이터, 즉 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)에 상응하여 모든 RS들(260,280)이 수신하여야 하는 공통 정보, 즉 모든 RS들(260,280)로 방송되는 공통 정보를 포함하는 제1데이터(x0)를 생성한다. 여기서, 상기 제1데이터(x0)에는 상기 분할된 데이터, 즉 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)의 분할 정보와, 상기 분할된 데이터의 부호화 정보, 즉 상기 BS(200)가 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)를 RS들(260,280)로 송신시 적용한 부화 정보가 포함된다.
이렇게 생성된 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)를 빔 포밍을 수행하는 빔 포밍부(210)와, 상기 빔 포밍부(210)의 출력을 전술한 바와 같이 각가 결합하는 결합부(220)를 포함한다. 여기서, 상기 빔 포밍부(210)는 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)에 해당하는 빔 포밍 파라미터들(u0, u1, u2)에 상응하여 빔 포밍을 수행하는 빔 포밍기들(212,214,216)을 각각 포함하며, 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)는 해당 빔 포밍기들(21,214,216)로 대응하여 입력된다.
그런 다음, 각 빔 포밍기들(21,214,216)에 의해 빔 포밍된 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)는 결합부(220)에 의해 상기 제1데이터(x0)와 제2 데이터(x1), 및 제3데이터(x2)를 결합한 후, 상기 결합된 데이터를 송신 안테나를 통해 RS들(260,280)로 송신한다. 이때, 상기 송신 안테나들은 상기 결합된 데이터를 모두 송신, 즉 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터를 모두 송신한다.
상기 BS(200)로부터 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터를 수신한 RS들(260,280)은, 상기 수신한 데이터에서 자신에게 해당하는 데이터, 다시 말해, RS1(260)은 상기 BS(200)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 자신에게 해당하는 상기 제2데이터(x1)만을 MS로 송신한다. 또한, RS2(125)는 상기 BS(110)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 자신에게 해당하는 상기 제3데이터(x2)만을 MS(130)로 송신한다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 RS1(260)은, 상기 BS(200)와 RS1(260) 간의 형성된 채널(G)의 파라미터(g1)에 상응하여 상기 BS(200)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터를 수신하는 수신부(262)와, 상기 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 잡음(n1)을 제거하는 제거부(264)와, 상기 제1데이터(x0)와 제2데이 터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 상기 제1데이터(x0)를 통해 자신에게 해당하는 데이터를 확인하여 제2데이터(x1)를 출력하는 결합부(266)를 포함한다.
여기서, 상기 RS1(260)은 상기 BS(200)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 상기 제1데이터(x0)에 포함된 분할 정보를 이용하여 자신에게 해당하는 데이터를 확인, 즉 RS1(260)이 MS로 송신해야 하는 데이터가 제2데이터(x1)임을 확인하고, 상기 제1데이터(x0)에 포함된 부호화 정보를 이용하여 상기 제2데이터(x1)의 부호화 방식을 확인한다. 그런 다음, 상기 RS1(260)은 상기 제2데이터(x1)를 상기 확인한 부호화 방식에 상응하여 복호, 즉 상기 제2데이터(x1)를 상기 BS(200)가 적용한 부호 방식에 상응하는 복호 방식을 적용하여 복호하고, 상기 복호된 데이터, 즉 상기 제2데이터(x1)를 상기 BS(200)가 적용한 부호 방식과는 상이한 부호 방식을 적용하여 부호화한 후, 상기 부호화된 상기 제2데이터(x1)와 상기 제2데이터(x1)의 부호화 정보를 공통 정보로 포함하는 제1데이터(x0)를 MS로 송신한다.
또한, 상기 RS2(280)는, 상기 BS(200)와 RS2(280) 간의 형성된 채널(G)의 파라미터(g2)에 상응하여 상기 BS(200)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터를 수신하는 수신부(282)와, 상기 수신한 제1데이 터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 잡음(n2)을 제거하는 제거부(284)와, 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 상기 제1데이터(x0)를 통해 자신에게 해당하는 데이터를 확인하여 제3데이터(x2)를 출력하는 결합부(286)를 포함한다.
여기서, 상기 RS2(280)는, 상기 BS(200)로부터 수신한 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 및 제3데이터(x2)가 결합된 데이터에서 상기 제1데이터(x0)에 포함된 분할 정보를 이용하여 자신에게 해당하는 데이터를 확인, 즉 RS2(280)가 MS로 송신해야 하는 데이터가 제3데이터(x2)임을 확인하고, 상기 제1데이터(x0)에 포함된 부호화 정보를 이용하여 상기 제3데이터(x2)의 부호화 방식을 확인한다. 그런 다음, 상기 RS2(280)는 상기 제3데이터(x2)를 상기 확인한 부호화 방식에 상응하여 복호, 즉 상기 제3데이터(x2)를 상기 BS(200)가 적용한 부호 방식에 상응하는 복호 방식을 적용하여 복호하고, 상기 복호된 데이터, 즉 상기 제3데이터(x2)를 상기 BS(200)가 적용한 부호 방식과는 상이한 부호 방식을 적용하여 부호화한 후, 상기 부호화된 상기 제3데이터(x2)와 상기 제3데이터(x2)의 부호화 정보를 공통 정보로 포함하는 제1데이터(x0)를 MS로 송신한다.
이때, 상기 RS들(260,280)은 RS들(260,280)과 MS간에 형성된 채널(H)의 파라 미터 h1, h2에 상응하여 최적의 빔을 형성하여 상기 제1데이터(x0)와 제2데이터(x1), 제3데이터(x2)를 MS로 송신한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 송신할 데이터가 생성되면, 상기 생성된 데이터를 릴레이 경로의 수에 상응하여 분할한 후, 상기 분할된 데이터를 해당 릴레이 경로를 통해 송수신함으로써 데이터를 안정적으로 송수신 할 수 있다. 그에 따라, 본 발명은 데이터의 송수신 효율을 향상시키며, 자원의 사용 효율을 향상시킬 수 있다.

Claims (24)

  1. 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법에 있어서,
    기지국이 이동 단말기로 송신할 데이터가 생성되면, 상기 생성된 데이터를 분할한 후, 상기 분할된 데이터들을 다수의 중계국들로 송신하는 과정과,
    상기 중계국들이 상기 분할된 데이터들을 수신하고, 상기 수신한 데이터들에서 상기 중계국에게 해당하는 데이터만을 상기 이동 단말기로 송신하는 과정을 포함하는 데이터 송수신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 생성된 데이터를 분할하는 과정은, 상기 생성된 데이터에서 릴레이 경로의 수에 상응한 개수로 분할하여 상기 다수의 분할 데이터들을 생성하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 릴레이 경로의 수는, 상기 분할된 데이터들을 수신하는 중계국들의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 분할 데이터들을 생성하는 과정은, 상기 다수의 분할 데이터들에 상응한 공통 정보를 포함하는 제1데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공통 정보는, 상기 분할 데이터들의 분할 정보와, 상기 분할 데이터들에 적용한 부호화 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 분할된 데이터들을 다수의 중계국들로 송신하는 과정은, 상기 제1데이터와 상기 다수의 분할 데이터들을 결합한 후, 상기 결합된 데이터들을 상기 다수의 중계국들로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이동 단말기로 송신하는 과정은, 상기 중계국에게 해당하는 데이터에서 상기 제1데이터를 복호하고, 상기 복호한 제1데이터를 이용하여 상기 결합된 데이터에서 상기 중계국에게 해당하는 분할 데이터를 복호하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 이동 단말기로 송신하는 과정은, 상기 복호한 분할 데이터를 부호화한 후, 상기 부호화한 분할 데이터와 상기 분할 데이터의 부호화 정보를 포함하는 데이터를 상기 이동 단말기로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 이동 단말기가, 상기 중계국들로부터 상기 결합된 데이터를 각각 수신하고, 상기 수신한 결합된 데이터에서 상기 제1데이터를 복호한 후, 상기 복호한 제1데이터를 이용하여 상기 다수의 분할 데이터들을 복호하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이동 단말기로 송신하는 과정은, 상기 수신한 데이터들에서 상기 중계 국에게 해당하지 않는 데이터를 제거한 후, 상기 중계국에게 해당하는 데이터를 상기 이동 단말기로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 이동 단말기로 송신하는 과정은, 제1전송 방식 또는 제2전송 방식 중 하나의 전송 방식을 이용하여 상기 이동 단말기로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1전송 방식은 복호 전송(DF: Decode and Forward) 방식이고, 상기 제2전송 방식은 증폭 전송(AF: Amplify and Forward) 방식인 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 방법.
  13. 통신 시스템에서 데이터 송수신 시스템에 있어서,
    이동 단말기로 송신할 데이터가 생성되면, 상기 생성된 데이터를 분할한 후, 상기 분할된 데이터들을 다수의 중계국들로 송신하는 기지국과,
    상기 기지국으로부터 상기 분할된 데이터들을 수신하고, 상기 수신한 데이터 들 중에서 중계국에게 해당하는 데이터만을 상기 이동 단말기로 송신하는 상기 중계국을 포함하는 데이터 송수신 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기지국은, 상기 생성된 데이터에서 릴레이 경로의 수에 상응한 개수로 분할하여 상기 다수의 분할 데이터들을 생성하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 릴레이 경로의 수는, 상기 분할된 데이터들을 수신하는 중계국들의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 기지국은, 상기 다수의 분할 데이터들에 상응한 공통 정보를 포함하는 제1데이터를 생성하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 공통 정보는, 상기 분할 데이터들의 분할 정보와, 상기 분할 데이터들에 적용한 부호화 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 기지국은, 상기 제1데이터와 상기 다수의 분할 데이터들을 결합한 후, 상기 결합된 데이터들을 상기 다수의 중계국들로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 중계국은, 상기 중계국에게 해당하는 데이터에서 상기 제1데이터를 복호하고, 상기 복호한 제1데이터를 이용하여 상기 결합된 데이터에서 상기 중계국에게 해당하는 분할 데이터를 복호하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 중계국은, 상기 복호한 분할 데이터를 부호화한 후, 상기 부호화한 분할 데이터와 상기 분할 데이터의 부호화 정보를 포함하는 데이터를 상기 이동 단말 기로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 이동 단말기는, 상기 중계국들로부터 상기 결합된 데이터를 각각 수신하고, 상기 수신한 결합된 데이터들에서 상기 제1데이터를 복호한 후, 상기 복호한 제1데이터를 이용하여 상기 다수의 분할 데이터들을 복호하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  22. 제13항에 있어서,
    상기 중계국은, 상기 수신한 데이터들에서 상기 중계국에게 해당하지 않는 데이터를 제거한 후, 상기 중계국에게 해당하는 데이터를 상기 이동 단말기로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  23. 제13항에 있어서,
    상기 중계국은, 제1전송 방식 또는 제2전송 방식 중 하나의 전송 방식을 이용하여 상기 이동 단말기로 송신하는 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1전송 방식은 복호 전송(DF: Decode and Forward) 방식이고, 상기 제2전송 방식은 증폭 전송(AF: Amplify and Forward) 방식인 것을 특징으로 하는 데이터 송수신 시스템.
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