KR20090050286A - 광 릴레이를 고려한 무선시스템에서 ｔｄｄ 컨트롤 신호의결정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TDD 방식을 이용하는 이동 통신 시스템의 무선 상하향 신호 전송을 위한 RoF(Radio-over-fiber) 시스템에 관한 기술로 상세하게는 TDD방식으로 이루어지는 시스템에서 상향 및 하향신호를 효율적으로 제어하여, 대역폭(bandwidth) 사용을 향상시키는 방법에 관한 내용이다.

본 발명에서는 TDD 방식을 이용하는 이동 통신 시스템의 무선 상하향 신호 전송을 위한 RoF 시스템에서 기지국과 복수의 릴레이가 무선 단말과 통신시 기지국과 릴레이와의 데이터 송수신의 시간지연을 효율적으로 관리하여 대역폭 활용을 높이는 구성을 제안한다.

제안된 대역폭 활용방법은 전체 시스템의 성능을 그대로 유지하며, 다운링크(Down Link) 신호 구간과 업링크(Up Link) 신호 구간 사이에 존재하는 완충시간(Guard Time)을 기지국과 릴레이와의 거리에 따라 서로 다르게 적용 함으로서, 업링크 구간의 대역폭 활용도를 최대한 유지할 수 있도록 하는 것이다.

광 릴레이 시스템, TDD 방식의 무선통신 시스템

Description

광 릴레이를 고려한 무선시스템에서 ＴＤＤ 컨트롤 신호의 결정 방법{THE DECISION METHOD OF TDD CONTROL IN FIBER RELAYING WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 TDD(Time Division Duplexing) 방식을 이용하는 이동 통신 시스템의 무선 상하향 신호 전송을 위한 광 중계기에 관한 것으로, 특히 기지국에서 생성된 베이스 밴드(Base Band) 하향 신호(Down Link)를 광신호로 변환하여 기지국에 존재하는 메인 도너(Main Donor)에서 중계국(Relay Station)의 리모트(Remote)까지 전송하고, 리모트에서 안테나를 통하여 수신된 상향 신호(Up Link)를 광신호로 변환하여 리모트에서 메인 도너로 전송하는 광 링크 장치 및 방법에 관한 것이다.

컴퓨터, 전자, 통신 기술이 비약적으로 발전함에 따라 무선 통신망(Wireless Network)을 이용한 다양한 무선 통신 서비스가 제공되고 있다. 가장 기본적인 무선 통신 서비스는 이동 통신 단말기 사용자들에게 무선으로 음성 통화를 제공하는 무선 음성 통화 서비스로서 이는 시간과 장소에 구애받지 않고 서비스를 제공할 수 있다는 특징이 있다. 또한, 문자 메시지 서비스를 제공하여 음성 통화 서비스를 보완해주는 한편, 최근에는 이동 통신 단말기의 사용자에게 무선 통신 망을 통해 인터넷 통신 서비스를 제공하는 무선 인터넷 서비스가 대두되었다.

최근에는 정보통신의 발달로 ITU-R(International Telecommunication Union-Radio communication)에서 표준으로 제정하고 있는 제 3 세대 이동 통신 시스템인 IMT(International Mobile Telecommunication)-2000 예컨대, CDMA(Code Division Multiple Access), EV-DO(Evolution-Data Only), WCDMA(WideBand CDMA) 등이 상용화되고 있다. IMT-2000은 개인의 이동성 및 서비스 이동성을 포함한 전세계적인 직접 로밍, 유선 전화와 동일한 수준의 통화 품질, 고속 패킷 데이터 서비스 및 유무선망의 결합에 의한 다양한 응용 서비스의 구현 등을 목표로 등장한 이동 통신 시스템으로, 기존의 음성 및 WAP(Wireless Application Protocol) 서비스 품질의 향상은 물론 각종 멀티미디어 서비스(AOD, VOD 등)를 보다 빠른 속도로 제공할 수 있다.

그러나 기존의 이동 통신 시스템은 기지국 구축비용이 높기 때문에 무선 인터넷의 이용 요금이 높고, 이동 통신 단말기의 화면 크기가 작기 때문에 이용할 수 있는 컨텐츠에 제약이 있는 등 초고속 무선 인터넷을 제공하기에는 한계가 있으며, WLAN(Wireless Local Area Network) 기술은 전파 간섭 및 좁은 사용 영역(Coverage) 등의 문제로 공중 서비스의 제공에 한계가 있다. 따라서 휴대성과 이동성을 보장하며 저렴한 요금으로 초고속 무선 인터넷 서비스를 이용할 수 있는 초고속 휴대 인터넷 서비스인 와이브로(Wireless Broadband Internet)와 4G 무선 이동 통신이 대두되었다.

이러한 와이브로와 4G 무선 이동 통신은 CDMA, WCDMA와 달리 듀플렉 스(Duplex) 방식으로 TDD(Time Division Duplex) 방식을 이용하고, 변조 방식으로 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식을 이용하는 휴대 인터넷 기술이 사용된다.

여기서, TDD 방식은 동일한 주파수 대역에서 시간적으로 상향(Uplink), 하향(Downlink)을 교대로 배정하는 양방향 전송 방식이다. TDD 방식은 상향과 하향에 각기 다른 2개의 주파수를 배정하는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식보다 전송 효율이 높고, 타임 슬롯의 동적 할당으로 비대칭(Asymmetric)이나 버스티(Bursty)한 어플리케이션 전송에 적합한 특징이 있다. 이러한 OFDMA/TDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access/Time Division Multiple Access) 방식은 전체 대역폭에 퍼져 있는 모든 부반송파를 일정 시간 동안 한 사용자에게 할당하고 다음 일정 시간 동안 또 다른 사용자에게 할당하는 TDMA와 유사한 다중 접속 방식이며, 대역폭 당 전송 속도를 향상시키고 멀티패스(Multipath) 간섭을 방지할 수 있는 특성을 가진다.

한편 일반적으로 이동 통신 시스템에서는 이동 통신망의 커버리지(Coverage)를 확장하기 위해 주파수 재사용 개념 등을 이용하여 이동 통신 서비스 지역을 다수의 셀(Cell)들로 분할하고, 각각의 셀의 중심 부근에 이동 통신 서비스를 처리하기 위해 무선 기지국을 설치하고 있다. 여기서, 셀의 반경은 해당 지역의 신호의 세기나 데이터의 트래픽(Traffic)량에 따라 정해진다. 즉, 트래픽량이 많은 도심 지역에서는 셀의 반경을 작게 하고, 트래픽량이 상대적으로 적은 도심 외 지역에서는 셀의 반경을 크게 하여 각각의 셀에서 발생하는 트래픽이 해당 이동 통신 서비스를 담당하는 무선 기지국의 처리 용량을 넘지 않도록 하고 있다.

이러한 주파수 재사용 개념, 트래픽량 등에 따라 셀의 반경을 적절하게 조절하여 보다 나은 이동 통신 서비스를 지원하고자 하는 노력에도 불구하고 도심 지역에서는 지하, 건물 내부, 터널 등 일반적으로 전파가 도달하기 어려운 전파 음영 지역이 존재하고 있다. 전파 음영 지역에서의 전파 음영을 해결하기 위해 다수의 새로운 무선 기지국을 설치하는 것은 시설비용, 설치비용 및 유지 보수비용 등으로 인하여 경제성이 크게 떨어질 뿐만 아니라, 셀 설계에도 바람직하지 못한 결과를 초래할 수 있을 것이다. 이에 대한 해결책으로서, 전파 음영 지역에는 광중계기 시스템을 이용하여 이동 통신 서비스를 제공할 수 있다. 광중계 시스템은 모기지국에 할당된 통화 채널을 광중계기를 이용한 광 전송 방식을 통해 전파 음영 지역으로 전송하도록 하여 전파 음영의 문제점을 해소한다.

특히, 제 2 세대 이동 통신 시스템보다 제 3 세대 이동 통신 시스템 및 와이브로 시스템에서는 높은 주파수를 이용하고 있어 전파 경로 손실이 크고, 회절 효과가 작으며, 건물 투과 손실이 크기 때문에 셀의 반경이 작아 광중계기를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 광중계기에서 기지국과 단말기 간의 무선 신호를 중계하기 위해서는 하향 신호와 상향 신호를 구분할 수 있어야 한다. 이동 통신 시스템의 광중계기에서 FDD 방식을 이용하는 경우에는 듀플렉서를 사용하여 하향 신호와 상향 신호를 구분하게 되나, TDD 방식을 이용하는 경우에는 동일 주파수를 하향 및 상향 신호의 전송을 위해 사용하며 시간 구간을 나누어 하향 신호와 상향 신호를 구분하기 때문 에, 듀플렉서를 사용하여 하향 신호와 상향 신호를 구분할 수 없다. 따라서 TDD 방식을 이용하는 광중계기는 스위치를 사용하여 하향 신호와 상향 신호를 구분하고, 각각의 신호에 대한 경로를 선택적으로 제공할 수 있다. 이를 위해서는, 하향 신호의 시작점과 상향 신호의 시작점을 정확히 판별하고 각각의 신호에 따라 스위치의 개폐를 조절하여 신호의 이동 경로를 바꿀 수 있는 제어 신호가 필요하며, 광중계기는 상기 제어신호를 기지국으로부터 광케이블을 통해 전송받을 수 있다.

도 1은 종래의 광중계 시스템을 이용한 TDD 방식의 무선 서비스 시스템의 일 예시 구성도로서, 기지국의 메인 도너(Donor)와 중계국의 리모트(Remote) 사이의 기존의 TDD 방식의 이동 통신 시스템의 이동 단말기에서 무선 상하향 신호를 주고받기 위한 RoF(Radio over Fiber) 링크를 보여 주고 있다.

도 2는 종래의 TDD 방식의 무선 서비스 시스템의 내부 구성에 대한 구성도로서, 통상적인 FDD 방식의 이동 통신 시스템에서 사용되는 RoF 링크와 같이 상향 신호에 하나의 파장을 할당하고 하향 신호에 다른 하나의 파장을 할당하는 방식이다. 도 2에 도시된 바와 같이, TDD 방식의 상, 하향 신호를 전송하기 위해 기지국의 메인 도너 모듈에서는 정해진 시간에 하향 신호를 리모트 모듈에 전송하고 하향 신호가 없는 정해진 시간에 중계국의 리모트 모듈은 메인 도너 모듈로 상향 신호를 전송하게 된다. 또한, 상하향 신호의 간섭을 줄이기 위해 상하향 링크에 서로 다른 파장을 설정하고 이를 구별하기 위해 WDM 광소자를 사용한다.

AP(110)에서 생성된 하향 무선 신호는 기지국의 메인 도너 모듈(200)의 LNA(205)와 광송신기(210)를 통해 광신호로 변환되고 WDM(Wavelength Division Multiplexing)(215) 광소자를 통과한 후 광섬유를 통해 중계국의 리모트(250)로 전송된다. 리모트(250)에서는 하향 광신호를 광수신기(260)를 통해 전기 신호로 변환하게 되고 HPA(270)를 거쳐서 전기 스위치(275)를 통해 안테나로 전달된다. 하향 신호의 일부는 스위칭 타임 신호 생성 회로(290)를 통해 스위칭 타임 신호를 생성하게 된다. 이렇게 생성된 스위칭 타임 신호로 제어되는 전기 스위치(275)를 통해 하향 신호는 안테나를 통해 방사되어 각 단말에 전송된다.

상기 하향 무선 신호와는 반대로 정해진 시간에 단말에서부터 전송되는 상향 무선 신호는 중계기의 리모트(250)에서 스위칭 타임 신호로 제어되는 전기 스위치(275)를 통해 LNA(280)를 거쳐서 광송신기(285)로 전달되며 광송신기(285)를 통해 광신호로 변환된다. 이때 광송신기(285)에서 생성하는 광신호의 파장은 간섭을 피하기 위해 하향 무선 신호 전송을 위해 사용되었던 중앙 기지국의 광송신기(210)의 파장과 달라야 한다. 이렇게 생성된 광신호는 WDM(255) 광소자와 광섬유를 통해 메인 도너 모듈(200)로 전달되고 메인 도너 모듈(200)의 WDM(215)를 거쳐 광수신기(220)와 HPA(225)를 지나 최종적으로 AP(110)의 상향 신호 입력단으로 전달된다.

그러나 무선 단말이 기지국과 릴레이 사이에 위치할 경우 기지국과 릴레이 사이의 광선로에 의한 지연으로 인해 발생하는 시간축 상의 동기가 일치하지 않는 문제를 해결하기 위하여 기지국에서는 고정된 지연값을 가지고 데이터를 송수신하게 된다. 중계국에서 광섬유의 지연시간을 측정하고 광섬유 지연시간과 계산된 보정시간 값의 차이가 기지국의 고정된 지연값과 같도록 만들어 동기를 유지하는 구조가 기지국 릴레이의 거리가 증가함에 따라 필수적이다.

TDD 방식에서 상/하향 신호의 제어는 시간축을 중심으로 크게 도 3과 같이 나누어진다. 도 3에서 도시하는 바와 같이, 하향신호 구간(UL), TTG(Transmit Transition Gap), 상향신호 구간(DL), RTG(Receive Transition Gap)으로 분류된다. 이중 UL 및 DL의 경우 실제 데이터의 송 수신에 해당되는 구간인데 이에 반하여 TTG, RTG는 상하향 제어를 위한 스위치가 전이하는 구간인 일종의 완충 시간(Guard time)이다. TTG, RTG와 같은 완충 시간이 증가하면, 전체 데이터 이용률은 떨어지게 되고, 결국 대역폭 사용(bandwidth utilization)의 저하로 이어지게 된다.

기출원된 특허(출원번호: 10-2004-87806, 명칭: OFDM-TDD 방식의 와이브로 시스템에서 Base station과 Remote station 간의 신호전달 지연시간 보상을 위한 RF Remote station 및 RF Remote station의 신호전달 지연시간 보상 스위칭 타이밍신호 생성 방법, 출원인: 에스케이 텔레콤 주식회사, 공개번호: 10-2006-38686, 공개일:2006.5.4)를 살펴보면, 도 4는 기 출원된 종래기술의 신호전달 지연시간 보상 동작을 설명하기 위한 개념도이고, 도 5는 기 출원된 TDD 방식의 상하향 신호제어 개략도이다.

도 4에 도시한 바와 같이 TTG는 다수의 결정인자로부터 결정되며, 기지국과 릴레이 사이에 위치한 단말이 서로 다른 전파 지연 값을 가짐으로써 발생할 수 있는 통신품질 문제 또는 기지국과 릴레이 간의 거리제한 문제를 해결하기 위하여, 기지국의 안테나에서는 인위적으로 일정한 고정된 지연을 만든 후 전파를 송수신하게 하며, 릴레이에서는 광섬유의 전파지연 시간과 보정을 위해 계산된 지연값이 앞서 설명한 고정 지연 시간 값이 되도록 한다. 하지만 이러한 일련의 보상과정에서 발생하게 되는 지연들에 의해서 TTG시간을 결정하는 것이고, TTG구간이 길면 전체 대역폭 사용은 나빠지며, 만약 TTG를 짧게 설계한다면, 도 4의 조건을 만족시키기 위하여 기지국과 릴레이 간 거리를 짧게 제한해야 하는 문제점이 있다.

본 발명은 기지국 및 릴레이의 안테나에서 송수신되는 무선데이터의 신호처리가 TDD방식으로 이루어지는 RoF(Radio over Fiber)시스템에서 상향신호(UL) 및 하향신호(DL)를 효율적으로 제어하여, 대역폭 사용(bandwidth Utilization)을 최대로 하며, 기지국과 릴레이 간의 거리를 확장할 수 있도록 시스템을 구성하고자 하며, 이를 위하여 하향신호 구간과 상향신호 구간 사이의 완충시간(Guard time)을 기지국과 릴레이 사이에 거리에 따라 차별적으로 적용하기 위한 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태는, 시분할 듀플렉싱(Time Division Duplexing) 방식의 무선 시스템에서 기지국과 릴레이 스테이션(Relay Station) 간의 신호 전달 지연을 보상하기 위한 컨트롤 신호 결정 방법에 있어서, 기지국으로부터 릴레이 스테이션까지의 거리를 측정하는 과정과, 기지국과 단말이 송수신하는 경우와 릴레이 스테이션과 단말이 송수신하는 경우가 동시에 발생할 경우, 서로 간의 동기가 유지되도록 기지국에서 인위적인 시간 지연을 발생시켜 상하향 프레임을 전송하는 과정을 포함함을 특징한다.

본 발명의 다른 형태는, 시분할 듀플렉싱(Time Division Duplexing) 시스템에서 무선 송수신 신호의 동기를 맞추기 위한 상향신호 제어 방법에 있어서, 기지국(Base Station)으로부터 릴레이 스테이션(Relay Station)까지의 거리를 측정하는 과정과, 광섬유 지연시간에 따라 대역폭 할당(Bandwidth allocation)을 실시하는 과정과, 상기 릴레이 스테이션으로부터 광섬유를 통해 수신한 신호와 상기 기지국의 안테나를 통해 단말로부터 직접 수신한 무선신호의 동기를 맞추기 위하여 단말로부터 상기 기지국의 안테나로 직접 수신한 신호에 대해 광섬유 지연 시간만큼 인위적으로 발생시켜 동기화시키는 과정과, 상기 단말이 핸드오버가 일어난 경우에 새로운 릴레이 스테이션의 광섬유지연시간을 새로이 적용하여 대역폭 할당을 실시한 후 동기를 맞추어 상하향 프레임을 전송함을 특징으로 한다.

본 발명은 기지국 릴레이 간 시간 지연 보상을 하는 TDD 방식의 무선 시스템을　위한 RoF(Radio-over-fiber)　시스템을 사용할 경우, 제한된 대역폭을 효율적으로 이용하기 위하여, 최소한의 완충시간(guard time) 만을 확보하기 위하여 업링크(UL) 방향의 광섬유 전파 지연 시간을 모뎀(modem)에서 미리 예측하는 구조를 제안함으로서 기지국 릴레이 간 거리의 제약 없이 향상된 대역폭 사용(bandwidth utilization)을 확보하여 향후 신뢰성있고 우수한 성능의 TDD 방식의 무선 광중계 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구성하는 장치 및 동작 방법을 본 발명의 실시 예를 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국과 릴레이 간의 시간지연 보상 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 발명이 적용되는 구조는 효과적인 무선 송수신 신호의 동기를 위해 도 6과 같이 구성되며, 시간지연 보상 방법의 동작 구조는 두 가지 단계로 나누어지는데, 첫 번째 단계는 기지국(BS)으로부터 릴레이(RS)까지의 거리를 측정하는 절차로 기지국과 중계기간에 약속된 펄스 또는 패킷을 송수신하는 과정을 통해 왕복시간을 측정함으로써 두 지점간의 광섬유 통과 시 지연시간을 계산하고 이 지연시간 값에 중계기의 시스템 지연시간을 더한 값만큼을 릴레이 시간 지연 값으로 정한다. 두 번째 단계는 기지국과 릴레이에서 전파되는 무선신호가 단말에 동시에 수신되고, 단말에서 송신된 신호가 기지국과 릴레이에 동시에 수신되도록 하기 위해 기지국 측에서 상하향 신호 모두에 측정된 릴레이 시간지연 값을 고려한 인위적인 시간 지연을 발생시켜 상하향 신호가 모두 동기가 이루어지도록 하는 구조로 동작한다. 이러한 동작 절차 중 기지국과 릴레이의 거리 측정이라든지, 시간지연 보상계산은 본 발명의 범위를 벗어남으로 상세한 설명은 생략한다.

도 7은 본 발명에서 제안하는 TDD방식의 상/하향 신호 제어 개략도이다. 먼저 각각의 지연시간에 대해 알아보면 다음과 같다.

1) t_fiber　: 기지국 릴레이간 연결된 광섬유의 전파지연

2) t_fix　: 기지국 안테나에서 전파 송/수신 시 일정시간을 고정적으로 지연

3) t_cal　: t_fix -t_fiber = t_cal 이 되도록 한 시간지연 보상 값

4) t_prop　: 기지국 또는 릴레이의 안테나로부터 단말까지의 전파지연(미도시)

5) t_ms : 단말에서의 Processing time (미도시)

기지국의 모뎀(modem)을 중심으로 TDD 제어 동작을 설명하면, 하향신호(DL)의 경우 기지국에서 릴레이로 향하는 광섬유가 연결된 특정 포트에서는 t_cal　(t_fix -t_fiber = t_cal) 만큼 인위적으로 시간지연을 보상하여 하향신호(DL)를 내보낸다. 이 신호는 광섬유를 따라 도파되며 t_fiber 만큼의 시간지연을 겪은 뒤 릴레이의 안테나에 도착하게 되면 t_cal + t_fiber 즉 　t_fix　만큼의 시간지연 값을 갖게 된다. 이 신호는 t_prop　의 전파지연을 다시 겪은 뒤 단말에 도착하게 된다.(t_prop　의 경우는 도시하지 않음)

하향신호(DL)을 수신한 후, 단말은 상향신호(UL) 신호를 전파하게 되는데, 이 경우 단말에서 일정한 처리 시간(processing time)(t_ms)을 최소한 확보한 뒤 UL 신호를 전파한다. 단말에서 릴레이를 향하여 t_prop　의 전파지연을 겪은 뒤 릴레이의 안테나에 도착한 UL신호는 다시, 릴레이와 중계기간 연결된 광섬유를 따라 도파되며, 이 과정에서 t_fiber 의 지연을 거친 후 기지국의 모뎀에 도착하게 된다.

한편, 단말에서 기지국을 향하여 전파된 상향신호(UL)은 t_prop　의 전파지연을 겪은 뒤 기지국의 안테나에 도착하고 기지국의 모뎀은 이 경로의 신호에 대하여 t_fiber 의 지연을 인위적으로 생성하여 릴레이의 안테나를 통해 도달하는 상향신호(UL)와 기지국의 안테나를 통해 들어오는 상향신호(UL)의 동기를 맞추게 한다.

이와 같은 방법으로 상향 신호의 경우 t_fix　를 배제하고 t_fiber 만을 고려함으로서 기존의 발명에서 상향신호(UL)이 갖는 t_fix　의 불필요한 대역폭 낭비를 하기의 수학식 1 대비 t_cal 만큼 줄일 수 있다.(도 7 참조)

2(t_cal　+ t_fiber+ t_prop) < TTG

이를 통해, 기지국 릴레이 간 거리의 축소 없이 TTG를 보다 짧게 설정하여 대역폭 사용(Bandwidth utilization)을 높일 수 있다.

t_cal +　2(t_fiber+ t_prop) < TTG

도 8은 기지국 릴레이 간 거리에 따른 TDD 방식의 상향신호 구간 변화를 나타낸 도면이다. 도 8에서 도시하는 바와 같이 이러한 대역폭 사용의 개선 효과는 기존 방식 대비, 기지국과 릴레이의 거리가 가까운 경우 더욱 분명히 나타나게 되 는데, 이는 기존방식의 경우 기지국과 릴레이 간 거리가 짧은 경우, 동기를 유지하기 위하여, t_fix를 많이 확보해야 하는데 본 발명에서는 이 부분을 효율적으로 이용할 수 있기 때문이다.

기지국의 하향신호의 경우, (1)릴레이로 광 전송하기 위한 포트에서 인위적인 지연 t_cal을 발생시키기 위해 시간 지연장치가 필요하고, (2)기지국의 안테나에서 인위적인 지연 t_fix를 발생시키기 위해 시간 지연장치가 필요하다. 또한, 기지국의 상향신호의 경우 (3)기지국의 안테나에서 수신되는 신호에 대해 인위적인 지연 t_fiber를 발생시키기 위한 시간지연 장치가 필요하다. 이러한 시간지연 장치 중 (1)과 (3)의 시간지연 장치는 기지국과 릴레이가 점-대-점으로 연결된 구조에서 각 포트마다 시간지연 장치를 통해 각각 제어되어야 한다. 또한 서로 다른 릴레이간의 핸드오버가 이루어질 경우, 새로운 셀에 대한 지연시간 계산 및 시간지연 보상 절차가 이루어져야 한다. 도 9는 본 발명이 적용되는 TDD 방식의 무선 시스템 개략도로서 기지국-릴레이간 거리가 다른 인접한 릴레이간의 핸드오버가 발생하는 경우를 보여 주고 있다. 일반적으로 기지국의 모뎀이 1개이고, 복수의 RS(Remote station)이 한 개의 모뎀에 의해 제어되는 경우 이때의 RS를 리피터(Repeater)라고 하고, 기지국에 모뎀이 RS의 개수만큼 있어, 각각의 RS를 효과적으로 관리(예를 들면, RRM: Radio Resource Management) 하는 경우 이때의 RS를 릴레이라고 하는데, 도 9가 도시하는 바와 같이 본 특허는 RS가 릴레이인 경우를 다룬다. 이 경우, BS-RS#1의 상향신호(UL)구간의 크기와 BS-RS#2의 상향신호(UL)구간의 크기가 서로 다르기 때문에, 기지국에서 단말의 RF신호의 크기를 모니터링(monitoring)하고 있다가, 핸드오버가 발생하면(4G 시스템의 경우 하드 핸드오버(hard handover)), 새로운 셀의 t_fiber를 이용하여 UL구간을 새롭게 할당하기 위하여 대역폭 할당(bandwidth allocation)을 새로이 실시한다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국의 상향 신호 처리 절차 흐름도이다. 도 10에서는 기지국의 모뎀에서는 릴레이로부터 상향으로 전송된 상향신호(UL) 가 t_prop　+ t_fiber　후에 도착할 것이라는 것을 알기 위하여 릴레이와의 시간지연 보상 과정에서 측정한 t_fiber　값을 이용한다. 이때 나머지 t_ms + t_prop　는 고정 값으로 사전에 고려된 상수값이다.

본 발명은 상향 신호(UL) 처리에 대해 차별성을 가지기 때문에 상향신호(UL) 처리에 대한 알고리즘을 제안한다. 하향신호(DL)의 경우는 기지국에서 각 릴레이로 브로드캐스트(broadcast) 형태로 전송되기 때문에 t_fix 를 사용하지 않는다면 각 릴레이마다 고유한 t_fiber　를 고려하여 서로 다른 지연 값을 갖는 신호를 생성하여 전송해야 하기 때문에 효율적이지 못하지만, 상향신호의 경우는 각 릴레이로부터 상향으로 전파되는 신호가 각기 다른 유니캐스트(unicast) 성질을 가지고 있으므로, 각 릴레이의 거리를 고려한 TTG 설정이 용이하고 줄어든 TTG 만큼의 대역폭(bandwidth)를 UL구간으로 할당하여 전체적인 대역폭 사용률(bandwidth utilization)의 향상을 가질 수 있다.

도 10에 따르면, 기지국에서는 먼저 t_fiber의 측정을 위해 절차(1005단계)를 밟은 뒤, 광섬유 지연시간에 따라 대역폭 할당을 실시(1010단계)하고, 릴레이로부터 광섬유를 통해 수신한 신호(1030단계)와 기지국의 안테나를 통해 단말로부터 직접 수신한 RF신호(1020단계)의 동기를 맞추기 위하여단말로부터 기지국의 안테나로 직접 수신한 신호에 대해 t_fiber　만큼의 지연을 인위적으로 발생(1025단계)시켜, 동기된 두 신호가 BS의 모뎀에 동시에 도착(1035단계)하도록 한다. 또한 위의 과정을 통해 도 9와 같이 만약 핸드오버가 일어난 경우에 새로운 셀(New cell)의 t_fiber 를 새로이 적용하여, 새로운 대역폭 할당을 실시(1040단계)한 후 동기를 맞추기 위한 일련의 과정을 반복한다. 또한 핸드오버가 발생하지 않은 경우에는 TDD UL구간에 해당하는 UL 데이터를 수신 및 처리한다.(1050단계)

도 11은 릴레이(Relay station)의 상향신호 처리절차를 나타낸 흐름도이다. 도 11을 참조하면, t_fiber의 측정을 위한 신호처리(1105단계)를 마친 뒤, 단말로부터 직접 수신한 RF신호를 수신(1110단계)하여, 이를 전/광(E/O)변환 하여, 기지국으로 전달하는 절차(1115단계)를 갖는다. 도 12는 릴레이의 상향신호 처리에 대한 종래 특허의 예시이다. 도 12의 상향신호 처리절차는 도 11의 절차에 비해, t_fix　를 유지하기 위하여 t_cal의 계산을 처리하는 과정(1210단계) 및 t_cal　만큼 UL 데이터(data)를 지연(1220)시키는 지연장치가 추가적으로 필요하게 된다. 도 11의 구조와 도 12의 구조를 비교해 봄으로서 제안된 발명이 릴레이 측을 매우 단순하게 설 계할 수 있으며, TTG와 같은 완충 시간을 기지국-릴레이 간 거리에 따라 효율적으로 관리함으로써 향상된 대역폭 사용률을 확보할 수 있는 장점이 있는 것을 알 수 있다.

도 1은 광중계 시스템을 이용한 TDD(Time Division Duplexing) 방식의 무선 서비스 시스템의 개략적인 구성도

도 2는 TDD 방식의 무선 서비스 시스템의 블록 구성도

도 3은 TDD 방식의 무선 서비스 시스템에서 상하향 신호의 예시도

도 4는 종래의 TDD 방식의 스위칭 타이밍 신호 생성 회로의 신호전달 지연시간 보상 동작을 설명하기 위한 개념도

도 5는 종래의 TDD 방식의 스위칭 타이밍 신호 생성 회로의 상하향 신호 제어를 개략적으로 나타낸 도면

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국과 릴레이 간의 시간지연 보상 시스템을 개략적으로 나타낸 도면

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 상하향 신호 제어를 개략적으로 나타낸 도면

도 8은 기지국 릴레이 간 거리에 따른 TDD 방식의 상향신호 구간 변화를 나타낸 도면

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 TDD 방식의 무선 시스템을 개략적으로 나타낸 도면

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기지국의 상향 신호 처리 절차 흐름도

도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 릴레이의 상향 신호 처리 절차 흐름 도

도 12는 종래의 스위칭 타이밍 신호 생성 회로의 릴레이의 상향 신호 처리 절차 흐름도

Claims (6)

1. 시분할 듀플렉싱(Time Division Duplexing) 방식의 무선 시스템에서 기지국과 릴레이 스테이션(Relay Station) 간의 신호 전달 지연을 보상하기 위한 컨트롤 신호 결정 방법에 있어서,

   기지국으로부터 릴레이 스테이션까지의 거리를 측정하는 과정과,

   기지국과 단말이 송수신하는 경우와 릴레이 스테이션과 단말이 송수신하는 경우가 동시에 발생할 경우, 서로 간의 동기가 유지되도록 기지국에서 인위적인 시간 지연을 발생시켜 상하향 프레임을 전송하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 컨트롤 신호 결정 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기지국으로부터 릴레이 스테이션까지의 거리를 측정하는 과정은,

   상기 기지국과 상기 릴레이 스테이션간에 약속된 펄스 또는 패킷을 송수신하는 과정을 통해 왕복시간을 측정함으로써 상기 두 지점간의 광섬유 통과 시 지연시간을 계산하는 과정과,

   상기 지연시간에 릴레이 스테이션의 시스템 지연시간을 합한 수치를 릴레이 시간 지연으로 하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 신호 결정 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 기지국과 단말에서의 상기 상향, 하향 프레임을 전 송하는 과정은,

   상기 기지국에서 상기 릴레이 스테이션으로 보내는 최초 하향 프레임을 인위적으로 시간지연을 보상하여 하향신호를 보내는 단계와,

   상기 단말에서 하향신호를 수신한 후 일정한 처리시간을 확보한 후 상향신호를 보내는 단계와,

   상기 기지국에서 상기 단말로부터 수신된 상향신호와 상기 릴레이 스테이션의 안테나를 통해 광 전송 연결을 통하여 수신된 상향신호를 일정한 시간지연을 통하여 동기를 일치시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 컨트롤 신호 결정 방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 기지국에서 상기 릴레이 스테이션으로 하향신호를 보내는 방법은,

   상기 기지국 안테나에서 전파를 송수신 시 일정시간을 고정적으로 지연하는 시간에서 상기 기지국과 상기 릴레이 스테이션이 연결된 광섬유의 전파지연시간을 뺀 만큼의 인위적으로 시간지연을 발생시켜 하향신호를 보내는 것을 특징으로 하는 컨트롤 신호 결정 방법.
5. 제 3항에 있어서, 상기 단말에서 상기 릴레이 스테이션을 통하여 상기 기지국으로 상향신호를 보내는 방법은 하기의 수학식3의 TTG(Transmit Transtion Gap)를 만족하도록 지연시간을 설정하여 상향신호를 보내는 것을 특징으로 하는 컨트롤 신호 결정 방법.

   [수학식 3]

   t_cal +　2(t_fiber+ t_prop) < TTG

   상기 수학식 3에서 상기 TTG는 상하향 제어를 위한 스위치가 전이하는 완충시간(Guard time)이며, t_cal 은 시간지연보상값, t_fiber 은 기지국과 릴레이 스테이션간에 연결된 광섬유의 전파지연, t_prop 는 기지국 또는 릴레이 스테이션의 안테나로부터 단말까지의 전파지연 시간임.
6. 시분할 듀플렉싱(Time Division Duplexing) 시스템에서 무선 송수신 신호의 동기를 맞추기 위한 상향신호 제어 방법에 있어서,

   기지국(Base Station)으로부터 릴레이 스테이션(Relay Station)까지의 거리를 측정하는 과정과,

   광섬유 지연시간에 따라 대역폭 할당(Bandwidth allocation)을 실시하는 과정과,

   상기 릴레이 스테이션으로부터 광섬유를 통해 수신한 신호와 상기 기지국의 안테나를 통해 단말로부터 직접 수신한 무선신호의 동기를 맞추기 위하여 단말로부터 상기 기지국의 안테나로 직접 수신한 신호에 대해 광섬유 지연 시간만큼 인위적으로 발생시켜 동기화시키는 과정과,

   상기 단말이 핸드오버가 일어난 경우에 새로운 릴레이 스테이션의 광섬유지연시간을 새로이 적용하여 대역폭 할당을 실시한 후 동기를 맞추어 상하향 프레임 을 전송함을 특징으로 하는 상향신호 제어 방법.

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