KR20090055802A

KR20090055802A - 협력 수신 다이버시티 동작 방법, 선택적 협력 통신 방법및 시스템

Info

Publication number: KR20090055802A
Application number: KR1020070122627A
Authority: KR
Inventors: 서방원; 이희수; 안재영; 정현규; 강충구; 류현석; 유중재
Original assignee: 한국전자통신연구원; 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-06-03
Also published as: US8831043B2; KR100969147B1; WO2009069870A1; US20100303032A1

Abstract

본 발명은 기지국(Base Station)이 서비스하는 모바일 단말기(Mobile Station)가 직접 전송(direct transmission)을 해야 하는 모바일 단말기인지 중계국(Relay Station)을 통해 협력 통신(cooperative relaying)을 해야 하는 모바일 단말기인지를 결정하는 단계 및 상기 기지국이 상기 중계국을 통해 협력 통신을 해야 하는 모바일 단말기들 중에서 단순 중계 방식, 협력 송신 다이버시티 방식 또는 협력 수신 다이버시티 방식을 이용하는 모바일 단말기들을 선택하는 단계를 포함하는 선택적 협력 통신 방법을 제공한다.

직접 전송, 단순 중계, 협력 수신 다이버시티, 협력 송신 다이버시티, 협력 통신

Description

협력 수신 다이버시티 동작 방법, 선택적 협력 통신 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR OPERATING COOPERATIVE RECEIVE DIVERSITY, SELECTIVE COOPERATIVE RELAYING}

본 발명은 협력 수신 다이버시티 동작 방법, 선택적 협력 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 유형의 협력 통신 방식에 따른 성능 개선 효과와 무선 자원 할당의 효율성을 동시에 고려한 선택 기준을 제안하여 선택적 협력 통신을 통해 우수한 서비스 불능 성능을 유지하면서도 수율을 극대화할 수 있는 협력 수신 다이버시티 동작 방법, 선택적 협력 통신 방법 및 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-001-02, 과제명: 4세대 이동통신용 적응 무선접속 및 전송 기술개발].

일반적으로 협력 통신(cooperative relaying) 방식은 동등한 기능을 갖는 2개 이상의 통신 노드들에 의해 형성된 다수의 경로를 통해 신호를 전달하고, 적어도 하나의 경로를 통해 목적지까지 신호가 중계되며, 이들 다수의 경로들로부터 수 신된 신호를 결합하거나 또는 선택하여 전송 정보를 추정하는 통신 방식이다.

기존의 협력 통신 기법은 여러 형태로 구현될 수 있으며, 지금까지 연구된 협력 통신 기법은 크게 단순 중계(simple relay) 방식, 협력 송신 다이버시티(cooperative transmission diversity) 방식 또는 협력 수신 다이버시티(Cooperative receive diversity) 방식으로 분류될 수 있다.

단순 중계 방식(IEEE 802.16j Baseline Document, IEEE 802.16j-06/026r4)은 다수의 중계국(Relay Station)을 통해 셀 전체를 다수 개의 작은 커버리지 영역으로 분할할 수 있다. 이때 모든 릴레이 노드들이 동일한 무선 자원을 재사용함으로써 추가적인 시스템 용량 증대를 실현할 수 있으나 신호대 간섭 및 잡음비(Carrier to Interference and Noise Ratio: 이하 CINR이라 함)에 따른 고효율 변조와 주파수 재사용으로 인한 셀간 간섭으로 인해 서비스 불능율(service outage rate)이 증가하게 되는 문제점이 있다. 이와 같이, 종래 단순 중계 방식은 중계국을 통한 수율 증대 효과에도 불구하고, 중계국 커버리지 경계에서의 서비스 불능으로 인한 단순 중계 시스템의 한계가 있다.

협력 송신 다이버시티 방식(IEEE 802.16j Baseline Document, IEEE 802.16j-06/026r4)은 기지국(Base Station) 또는 중계국에서 시공간 부호화를 수행함으로써 다이버시티 이득을 얻는 방식이다. 이때 시공간 부호화는 Alamouti 부호화를 사용하며, 부호화가 기지국에서 수행되는지 또는 중계국에서 수행되는지에 따라 각각 full decoding 또는 half decoding으로 분류할 수 있다. 일반적으로 셀룰러 시스템(Cellular System)은 중계국에서 변복조를 수행하며 모바일 단말기(Mobile Station)로 전달하는 Decode-and-Forward 방식을 사용한다. 종래 협력 송신 다이버시티 방식을 수행하기 위해서는 2개의 노드에서 동시에 전송이 이루어져야 한다. 즉, 종래 협력 송신 다이버시티 방식은 2개의 중계국을 이용하여 협력 수신 다이버시티를 수행하는 경우에 2개의 중계국에서 동시에 신호가 모바일 단말기로 전송되며, 상기 2개의 중계국에 자원이 각각 할당되어야 한다. 이와 같이, 종래 협력 송신 다이버시티 방식은 2개의 다이버시티 경로를 확보하기 위해서 자신이 서비스하고 있는 모바일 단말기를 위해 할당될 수 있는 자원의 일부를 포기하게 되므로 협력 수신 다이버시티로 인한 성능 개선에도 불구하고 추가적인 자원 할당으로 인해 대역 효율성의 감소를 겪게 되는 문제점이 있다.

협력 수신 다이버시티 방식(J.N. Laneman, D.N.C Tse and G.W. Wornell, Cooperative Diversity in Wireless Networks: Efficient Protocols and Outage Behavior, IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 50, no.12, Dec. 2004)은 기지국이 중계국으로 신호를 전송할 때 모바일 단말기가 상기 신호를 도청하기 때문에 다이버시티 경로를 확보하기 위한 추가적인 자원이 소요되지 않는다. 그러나, 종래 협력 수신 다이버시티 방식은 모바일 단말기가 기지국으로부터 전송되는 신호를 도청하기 위해서 기지국이 언제 어느 영역의 자원을 통해 전송하는지를 미리 통보하기 위한 추가적인 절차가 필요하므로 추가적인 절차를 수행하기 위해 추가적인 자원이 소모됨에 따라 대역 효율성이 감소되는 문제점이 있다.

따라서, 종래 단순 중계 방식, 협력 송신 다이버시티 방식, 협력 수신 다이버시티의 장점과 단점을 반영하여 보다 적응적으로 협력 통신 방식을 선택할 수 있 는 선택 기준에 대한 제안이 절실히 요청되고 있다.

본 발명은 다양한 유형의 협력 통신 방식에 따른 성능 개선 효과와 오버헤드를 포함한 무선 자원 할당의 효율성을 동시에 고려한 선택 기준을 적응적으로 적용함으로써 기존 시스템보다 우수한 서비스 불능 성능을 유지하면서도 수율을 극대화하기 위한 선택적 협력 통신 방법 및 그 시스템을 제공한다.

또한 본 발명은 직접 전송, 단순 중계, 협력 송신 다이버시티 및 협력 수신 다이버시티 기법을 이용하여 협력 통신을 수행함에 있어서 직접 전송, 단순 중계, 협력 송신 다이버시티 또는 협력 수신 다이버시티 방식을 선택적으로 사용하기 위한 기준을 제시할 수 있는 협력 수신 다이버시티 동작 방법 및 그 시스템을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따른 협력 수신 다이버시티 동작 방법은, 기지국(Base Station)이 각 중계국(Relay Station)에 할당되는 자원 영역에 대한 정보(R-MAP)에 모바일 단말기(Mobile Station)가 도청(overhear)하기 위한 자원 할당 정보를 중계하는 단계 및 상기 기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 선택적 협력 통신 방법은, 기지국(Base Station)이 서비스하는 모바일 단말기(Mobile Station)가 직접 전송(direct transmission)을 해야 하는 모바일 단말기인지 또는 중계국(Relay Station)을 통해 협력 통 신(cooperative relaying)을 해야 하는 모바일 단말기인지를 결정하는 단계 및 상기 기지국이 상기 중계국을 통해 협력 통신을 해야 하는 모바일 단말기들 중에서 단순 중계 방식, 협력 송신 다이버시티 방식 또는 협력 수신 다이버시티 방식을 이용하는 모바일 단말기들을 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 선택적 협력 통신 방법은, 기지국이 모바일 단말기 및 중계국으로부터 채널 품질 정보를 보고받는 단계와, 상기 기지국이 직접 전송(direct transmission) 또는 협력 통신(cooperative relaying) 방식을 결정하는 단계와, 상기 협력 통신 방식으로 결정된 경우, 상기 기지국이 협력 통신 방식에 따른 등가 버스트 전송률을 계산하는 단계 및 상기 기지국이 상기 등가 버스트 전송률에 따라 협력 통신 방식들 중 어느 하나를 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 협력 수신 다이버시티 동작 시스템은, 각 중계국(Relay Station) 에 할당되는 자원 영역에 대한 정보(R-MAP)에 모바일 단말기(Mobile Station)가 도청하기 위한 자원 할당 정보를 중계하는 기지국(Base Station)을 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 선택적 협력 통신 시스템은, 모바일 단말기로부터 채널 품질 측정 정보를 보고받고, 상기 채널 품질 측정 정보에 따라 직접 전송(direct transmission) 또는 협력 통신(cooperative relaying) 방식을 결정하고, 상기 협력 통신 방식으로 결정된 경우, 협력 통신 방식에 따른 등가 버스트 전송률을 계산하고, 상기 등가 버스트 전송률에 따라 협력 통신 방식들 중 어느 하나를 선택하는 기지국을 포함한다.

본 발명에 따르면, 다양한 유형의 협력 통신 방식에 따른 성능 개선 효과와 오버헤드를 포함한 무선 자원 할당의 효율성을 동시에 고려한 선택 기준을 적응적으로 적용함으로써 기존 시스템보다 우수한 서비스 불능 성능을 유지하면서도 수율을 극대화하기 위한 선택적 협력 통신 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 직접 전송, 단순 중계, 협력 송신 다이버시티 및 협력 수신 다이버시티 기법을 이용하여 협력 통신을 수행함에 있어서 직접 전송, 단순 중계, 협력 송신 다이버시티 또는 협력 수신 다이버시티 방식을 선택적으로 사용하기 위한 기준을 제시할 수 있는 협력 수신 다이버시티 동작 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 협력 수신 다이버시티 동작 방법, 선택적 협력 통신 방법 및 그 시스템을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 비교 대상이 되는 직접 전송(direct transmission)의 동작에 대한 일례를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 직접 전송 방식은 기지국(BS)에서 커버할 수 있는 커버리지 영역 내에 위치한 모바일 단말기(MS1, MS2)로 각각 신호(101, 102)를 직접 전송하는 방식이다. 이와 같이 상기 직접 전송 방식은 기지국(BS)과 모바일 단말기(MS1, MS2)간 직접 통신이 이루어진다.

도 2는 본 발명의 비교 대상이 되는 단순 중계(simple relay)의 시분할 슬롯 별 동작에 대한 일례를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 단순 중계 방식은 기지국(BS)에서 중계국(RS1, RS2)으로 신호를 각각 전송하고(201, 202), 중계국(RS1, RS2)에서 커버리지 영역 내의 모바일 단말기(MS1, MS2)로 신호를 각각 전송한다(211, 212). 이와 같이, 단순 중계 방식은 기지국(BS)과 모바일 단말기(MS1, MS2)간 직접 통신을 하지 않고, 중간에 위치한 하나 또는 다수의 중계국(RS1, R2)를 거쳐 상향 또는 하향 링크로 목적지 노드까지 신호가 중계된다.

협력 송신 다이버시티(cooperative transmission diversity) 방식은 기지국(BS)과 1개의 중계국(RS1)을 이용하여 수행될 수도 있고, 2개의 중계국(RS1, RS2)을 이용하여 수행될 수도 있다. 2개의 중계국(RS1, RS2)을 이용하여 협력 송신 다이버시티 방식을 수행할 경우에 대해 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 비교 대상이 되는 협력 송신 다이버시티의 시분할 슬롯별 동작에 대한 일례를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 협력 송신 다이버시티 방식은 기지국(BS)에서 중계국(RS1, RS2)으로 각각 신호를 전송하고(301, 302), 중계국(RS1, RS2)에서 모바일 단말기(MS1)로 각각 신호를 전송한다(311, 312).

도 4는 본 발명의 비교 대상이 되는 협력 수신 다이버시티(cooperative receive diversity)의 시분할 슬롯별 동작에 대한 일례를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 협력 수신 다이버시티 방식은 기지국(BS)에서 중계국(RS1, RS2) 및 모바일 단말기(MS1)로 각각 신호를 전송한다(401, 403). 이때, 모바일 단 말기(MS1)는 기지국(BS)로부터 중계국(RS1, RS2)으로 전송되는 신호를 도청한다(402)(overhearing). 그리고, 중계국(RS1)은 기지국(BS)으로부터 전송된 신호를 모바일 단말기(MS1)로 신호를 전송한다(411).

도 5는 본 발명의 비교 대상이 되는 단순 중계를 위한 자원 할당 및 동작 절차를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 중계국(RS)을 통해 모바일 단말기(MS)로 데이터 버스트를 단순 중계하는 경우에는 릴레이 구간(Relay Zone)과 액세스 구간(Access Zone)에 걸쳐 각각 자원이 할당되며, 이때 각 구간에서 단말의 채널 상태에 따라 등가 전송률이 결정된다. 단순 중계 과정을 기준으로 소용되는 자원은 MAP 정보와 데이터 버스트 정보를 전송하기 위한 자원으로 구분된다. 상기 MAP 정보는 릴레이 구간에서 각 중계국(RS)에 할당되는 자원 영역에 대한 정보(도면상 R-MAP으로 표기됨)와 다음 프레임의 액세스 구간에서 각 중계국(RS)에 접속된 모바일 단말기(MS)에 할당되는 자원 영역에 대한 정보(도면상 RS-MAP으로 표기됨)으로 구분된다. 기지국(MS)은 릴레이 구간에서 데이터 버스트와 더불어 RS-MAP 정보를 동시에 실어서 중계국(RS)로 전송한다. 상기 RS-MAP 정보를 중계국(RS)은 다음 프레임에서 자신의 액세스 구간을 통해 RS-MAP과 데이터 버스트를 모바일 단말기(MS)로 중계한다.

도 6은 본 발명의 비교 대상이 되는 협력 송신 다이버시티를 위한 자원 할당 및 동작 절차를 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 협력 송신 다이버시티 방식은 단순 중계 방식과 유사하지만 데이터 버스트가 2개의 중계국(RS1, RS2)를 통해 전송되므로 액세스 구간에서 두 배의 자원을 사용하게 된다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 협력 수신 다이버시티를 IEEE 802.16e 기반 시스템에 적용하기 위한 자원 할당 및 동작 절차를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 기지국(BS)은 중계국(RS)의 서비스 영역에 있는 모바일 단말기(MS)들이 릴레이 구간에서의 데이터 버스트 전송을 도청하기 위해 실제로 데이터 버스트 전송이 이루어지기 전에 릴레이 구간에서의 자원 할당 영역을 나타내는 부분(R-MAP)을 이전 프레임에서 중계국(RS)를 거쳐 모바일 단말기(MS)로 먼저 중계해 주어야 한다. 따라서, 상기 R-MAP은 2번의 중계 과정을 거치게 되므로 실제로 전송되어야 하는 R-MAP의 크기에 2배가 된다.

기지국(BS)이 중계국(RS)을 위한 MAP 부분(R-MAP)에 모바일 단말기(MS)가 도청하기 위한 자원 할당 정보를 중계한다. 즉, 상기 기지국(BS)은 셀 내의 중계국(RS)을 위한 자원 할당 정보를 나타내는 부분(R-MAP)에 협력 수신 다이버시티를 위한 상기 모바일 단말기(MS)가 정보를 도청하기 위해 상기 모바일 단말기(MS)를 위한 자원 할당 정보를 중계한다.

상기 중계국(RS)은 자신의 서비스 영역에 있는 모바일 단말기(MS)를 위해 상기 기지국(BS)으로부터 수신한 R-MAP을 RS-MAP을 이용하여 상기 모바일 단말기(MS)로 전송한다. 즉, 상기 중계국(RS)은 상기 기지국(BS)로부터 수신한 자원 할당 정보를 협력 수신 다이버시티를 위한 상기 자신이 서비스하고 있는(serving) 모바일 단말기(MS)로 전송한다.

상기 모바일 단말기(MS)는 상기 기지국(BS)에서 상기 중계국(RS)으로 전송하 는 정보를 도청한다(overhear). 즉, R-MAP을 수신한 모바일 단말기(MS)는 상기 기지국(BS)에서 상기 중계국(RS)으로 전송하는 자원에 대한 할당 정보를 도청한다.

상기 모바일 단말기(MS)는 자신의 해당 정보를 상기 중계국(RS)으로부터 수신한다. 즉, 상기 모바일 단말기(MS)는 원래 자신의 정보인 데이터 버스트(data burst)를 상기 중계국(RS)으로부터 수신한다.

상기 모바일 단말기(MS)는 도청 정보와 상기 수신한 정보를 결합한다. 즉, 상기 모바일 단말기(MS)는 상기 도청 정보와 상기 수신한 데이터 버스트를 결합한다.

이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 협력 수신 다이버시티 방법은 R-MAP을 수신한 모바일 단말기(MS)가 해당 영역을 도청하게 되고, 다음 프레임에 수신한 데이터 버스트와의 결합을 통해 이득이 발생한다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 협력 통신을 선택하기 위한 절차를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 단계(S810)에서 모바일 단말기(MS) 및 중계국(RS)은 채널 품질을 측정한다.

단계(S820)에서 상기 모바일 단말기(MS) 및 상기 중계국(RS)은 채널 품질 측정 정보(channel quality measurement information)를 기지국(BS)으로 보고한다. 즉, 기지국(BS)은 상기 모바일 단말기(MS) 및 상기 중계국(RS)으로부터 상기 채널 품질 측정 정보를 보고받다.

단계(S830)에서 상기 기지국(BS)은 상기 모바일 단말기(MS)가 직접 전 송(direct transmission)을 해야 하는 단말기인지 또는 상기 중계국(RS)을 통해 협력 통신(cooperative relaying)을 해야 하는 단말기인지 결정한다. 즉, 단계(S830)에서 상기 기지국(BS)은 상기 모바일 단말기(MS)로부터 수신한 채널 품질 측정 정보를 이용하여 직접 전송을 할 단말기인지 또는 상기 중계국(RS)을 통한 협력 통신을 할 단말기인지를 결정한다. 단계(S830)에서 상기 기지국(BS)은 상기 직접 전송을 통해 얻을 수 있는 신호대 간섭비와 상기 협력 통신을 통해 얻을 수 있는 신호대 간섭비를 비교하고, 상기 비교 결과에 따라 이득이 큰 쪽 통신 방식으로 결정할 수 있다. 일례로 상기 직접 통신을 통해 얻을 수 있는 신호대 간섭비가 상기 협력 통신을 통해 얻을 수 있는 신호대 간섭비보다 작은 경우, 상기 기지국(BS)은 모바일 단말기(MS)의 통신 방식을 협력 통신 방식으로 결정할 수 있다.

단계(S840)에서 상기 기지국(BS)은 협력 통신 방식으로 결정된 경우, 등가 버스트 전송률(equivalent burst transmission rate)을 계산한다. 즉, 상기 협력 통신 방식으로 결정된 경우, 단계(S840)에서 상기 기지국(BS)은 단순 중계, 협력 송신 다이버시티 또는 협력 송신 다이버시티 방식에 따른 등가 버스트 전송률을 계산한다.

[수학식 1]

여기서, 상기

는 도 2 및 도 5에 도시된 것과 같은 단순 중계 방식에 따른 등가 버스트 전송률로서 데이터 버스트와 오버헤더를 전송하기 위해 소용되는 전송 시간의 합에 의해 상기 수학식 1에 의해 계산된다. 상기

는 데이터 버스트의 크기를 나타내고, 상기

는 셀 내의 각 중계국들의 자원 할당 정보를 나타내기 위한 오버헤드의 크기이며, 상기

는 중계국의 서비스 영역에 있는 모바일 단말기들에 대한 자원 할당 정보를 나타내기 위한 오버헤드의 크기이다. 상기

는 상기

과 상기

을 전송하기 위한 전송률이고, 상기

는 기지국과 중계국 사이의 링크에 해당하는 전송률이고, 상기

는 중계국과 모바일 단말기 사이의 링크에 해당하는 전송률이다.

[수학식 2]

여기서, 상기

는 도 3 및 도 6에 도시된 것과 같은 협력 송신 다이버시티 방식에 따른 등가 버스트 전송률로서, 데이터 버스트와 오버헤드를 전송하기 위해 소용되는 전송 시간의 합에 의해 상기 수학식 2에 의해 계산된다.

상기

는 2개의 중계국(RS)와 모바일 단말기(MS) 사이의 링크에서의 결합 이득을 통해 얻은 수신 신호의 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)에 해당하는 전송률이다.

[수학식 3]

여기서, 상기

는 도 4 및 도 7에 도시된 것과 같은 협력 수신 다이버 시티 방식에 따른 등가 버스트 전송률로서, 데이터 버스트와 오버헤드를 전송하기 위해 소용되는 전송 시간의 합에 의해 상기 수학식 3에 의해 계산된다.

상기

는 기지국(BS)과 모바일 단말기(MS), 중계국(RS)과 모바일 단말기(MS) 링크에서의 결합 이득을 통해 얻은 수신 신호의 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)에 해당하는 전송률이다.

단계(S850)에서 상기 기지국(BS)은 등가 버스트 전송률에 따라 협력 통신 방식들 중 어느 하나를 선택한다. 즉, 단계(S850)에서 상기 기지국(BS)은 상기 수학식 1 내지 상기 수학식 3을 이용하여 계산된 등가 버스트 전송률에 따라 전송 효율성이 최대가 되는 협력 통신 방식을 선택한다. 일례로 단계(S850)에서 상기 기지국(BS)은 단순 중계 방식, 협력 송신 다이버시티 방식 또는 협력 송신 다이버시티 방식에 따른 등가 버스트 전송률이 가장 높은 전송 효율성을 갖는 협력 통신 방식을 선택할 수 있다.

도 9는 본 발명의 비교 대상 방식들과 본 발명에 따른 셀당 평균 수율을 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 셀당 평균 수율(Average throughput per cell)은 액세스 구간(access zone)이 릴레이 구간(relay zone)의 비율이 13:14에서부터 18:9까지 변화시킴에 따른 실험 결과이다. 셀당 사용자가 10명으로 가정하고, full buffer model을 사용하였으며 각 모바일 단말기별 오버헤드가 12비트일 때 액세스 구간과 중계 구간의 경계를 바꿔가면서 셀당 평균 수율에 대한 결과를 나타낸다. 직접 전송(DT: direct transmission)과 단순 중계(SR: Simple Relay), 직접 전송과 협력 송신 다이버시티(CTD: Cooperative Transmission Diversity), 직접 전송과 협력 수신 다이버시티(CRD: Cooperative receive Diversity)를 사용한 경우와, 본 발명에 따른 선택적(Selective) 협력 통신 방식 경우에 대한 셀당 평균 수율이 각기 다르다.

이와 같이, 본 발명에 따른 선택적 협력 통신 방법은 단순 중계만을 사용하는 기존 시스템에 비해 수율이 향상된다.

한편 상기 선택적 협력 통신 방식의 수율 성능이 상기 협력 수신 다이버시티 방식의 수율 성능보다 약간 저하되는 것은 최소 전송율을 만족할 수 없어 자원을 할당받지 못해 불능 상태에 있는 일부 모바일 단말기(MS)들이 상기 협력 송신 다이버시티 방식을 선택하게 됨으로써 자원의 일부가 할당되지만 해당 전송률이 낮기 때문에 수율이 떨어진다. 예를 들어, 중계국(RS)의 경계에 있는 모바일 단말기(MS)들이 주로 협력 송신 다이버시티 방식을 선택하게 된다.

하지만 하기 도 10을 참조하여 수율 성능 대비 서비스 불능율과의 득실 관계를 살펴보면, 본 발명에 따른 선택적 협력 통신 방식이 협력 수신 다이버시티 방식을 사용하는 것에 비해 서비스 불능율이 현저하게 우수함을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 비교 대상 방식들과 본 발명에 따른 서비스 불능율을 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 비교 대상이 되는 직접 전송(direct transmission)과 단순 중계(SR: Simple Relay), 직접 전송과 협력 송신 다이버시티(CTD: Cooperative Transmission Diversity), 직접 전송과 협력 수신 다이버시 티(CRD: Cooperative receive Diversity)를 사용한 경우와, 본 발명에 따른 선택적(Selective) 협력 통신 방식 경우에 대한 서비스 불능율(outage rate)은 각기 다르다. 이때 서비스 불능은 가장 낮은 AMC(Adaptive Modulation and Coding) 레벨조차 수신할 수 없어 자원 할당을 받지 못하거나 자원 할당을 받아서 패킷을 전송했으나 수신 오류에 의해 패킷에 에러가 발생한 경우로 정의한다.

도 10에 도시된 것과 같이 협력 통신 방식은 단순 중계 방식에 비해 서비스 불능 성능이 향상되며, 상기 협력 송신 다이버시티 방식이 상기 협력 수신 다이버시티 방식보다 우수하며, 선택적 협력 통신 방식은 다른 어떤 방식보다 가장 낮은 서비스 불능율을 확보하므로 단순 중계만을 사용하는 종래 방식보다 우수한 서비스 불능율 성능을 나타낸다.

따라서, 본 발명은 셀룰러 이동 통신망에서 선택적 협력 통신 방식이 갖는 수율과 서비스 불능 성능 간에 득실 관계가 있음을 확인할 수 있고, 성능 개선 효과와 무선 자원 할당의 효율성을 동시에 고려한 선택 기준을 적응적으로 적용함으로써 선택적 협력 통신을 통해 기존 시스템보다 서비스 불능 성능을 향상시키면서도 수율 성능을 극대화할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해 져야 한다.

도 2는 본 발명의 비교 대상이 되는 단순 중계(simple relay)의 시분할 슬롯별 동작에 대한 일례를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 비교 대상이 되는 협력 송신 다이버시티(cooperative transmission diversity)의 시분할 슬롯별 동작에 대한 일례를 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 비교 대상 방식들과 본 발명에 따른 서비스 불능율을 나 타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

BS: Base Station

RS: Relay Station

MS: Mobile Station

SR: Simple Relay

CTD: Cooperative Transmission Diversity

CRD: Cooperative Receive Diversity

Claims

기지국(Base Station)이 각 중계국(Relay Station)에 할당되는 자원 영역에 대한 정보(R-MAP)에 모바일 단말기(Mobile Station)가 도청(overhear)하기 위한 자원 할당 정보를 중계하는 단계; 및

상기 기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하는 단계

를 포함하는 협력 수신 다이버시티 동작 방법.
제1항에 있어서,

기지국이 각 중계국에 할당되는 자원 영역에 대한 정보에 모바일 단말기가 도청하기 위한 자원 할당 정보를 중계하는 단계는,

상기 기지국이 셀 내의 중계국을 위한 자원 할당 정보를 나타내는 부분에 협력 수신 다이버시티를 위한 모바일 단말기가 정보를 도청하기 위해 상기 모바일 단말기를 위한 자원 할당 정보를 중계하는 협력 수신 다이버시티 동작 방법.
제2항에 있어서,

기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하는 단계는,

상기 기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하고, 상기 중계국이 협력 수신 다이버시티를 위해 상기 기지국으로부터 수신한 자원 할당 정보를 상기 자신이 서비스하고 있는 모바일 단말기로 전송하는 협력 수신 다이버시티 동작 방법.
제3항에 있어서,

기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하는 단계는,

상기 기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하고, 상기 모바일 단말기가 상기 기지국이 상기 중계국으로 전송하는 자원 할당 정보를 도청하는 협력 수신 다이버시티 동작 방법.
제1항에 있어서,

기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하는 단계는,

상기 기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하고, 상기 모바일 단말기가 원래 자신의 정보인 데이터 버스트(data burst)를 상기 중계국으로부터 수신하는 협력 수신 다이버시티 동작 방법.
제5항에 있어서,

기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하는 단계는,

상기 기지국이 상기 중계국으로부터 상기 중계국이 서비스하고 있는 모바일 단말기에 대한 정보를 수신하고, 상기 모바일 단말기가 도청 정보 및 상기 데이터 버스트를 결합하는 협력 수신 다이버시티 동작 방법.
기지국(Base Station)이 서비스하는 모바일 단말기(Mobile Station)이 직접 전송(direct transmission)을 해야 하는 모바일 단말기인지 또는 중계국(Relay Station)을 통해 협력 통신(cooperative relaying)을 해야 하는 모바일 단말기인지를 결정하는 단계; 및

상기 기지국이 상기 중계국을 통해 협력 통신을 해야 하는 모바일 단말기들 중에서 단순 중계 방식, 협력 송신 다이버시티 방식 또는 협력 수신 다이버시티 방식을 이용하는 모바일 단말기들을 선택하는 단계

를 포함하는 선택적 협력 통신 방법.
제7항에 있어서,

기지국이 해당 모바일 단말이 직접 전송을 해야 하는 모바일 단말기인지 또는 중계국을 통해 협력 통신을 해야 하는 모바일 단말기인지를 결정하는 단계는,

상기 기지국이 상기 모바일 단말기로부터 수신한 채널 품질 측정 정보를 이용하여 직접 전송을 해야 할 모바일 단말기인지 또는 상기 중계국을 통한 협력 통 신을 해야 할 모바일 단말기인지를 결정하는 선택적 협력 통신 방법.
제7항에 있어서,

기지국이 상기 중계국을 통해 협력 통신을 해야 하는 모바일 단말기들 중에서 단순 중계 방식, 협력 송신 다이버시티 방식 또는 협력 수신 다이버시티 방식을 이용하는 모바일 단말기들을 선택하는 단계는,

단순 중계 방식의 등가 버스트, 협력 통신 다이버시티 방식의 등가 버스트 및 협력 수신 다이버시티 방식의 등가 버스트를 계산하고, 상기 등가 버스트에 따라 전송 효율성이 최대가 되는 협력 통신 방식을 선택하는 선택적 협력 통신 방법.
기지국이 모바일 단말기 및 중계국으로부터 채널 품질 측정 정보를 보고받는 단계;

상기 기지국이 직접 전송(direct transmission) 또는 협력 통신(cooperative relaying) 방식을 결정하는 단계;

상기 협력 통신 방식으로 결정된 경우, 상기 기지국이 협력 통신 방식에 따른 등가 버스트 전송률을 계산하는 단계; 및

상기 기지국이 상기 등가 버스트 전송률에 따라 협력 통신 방식들 중 어느 하나를 선택하는 단계

를 포함하는 선택적 협력 통신 방법.
제10항에 있어서,

기지국이 직접 전송(direct transmission) 또는 협력 통신(cooperative relaying) 방식을 결정하는 단계는,

상기 기지국이 상기 모바일 단말기로부터 수신한 채널 품질 측정 정보를 이용하여 직접 전송을 해야 할 모바일 단말기인지 또는 상기 중계국을 통한 협력 통신을 해야 할 모바일 단말기인지를 결정하는 선택적 협력 통신 방법.
제10항에 있어서,

기지국이 등가 버스트 전송률에 따라 협력 통신 방식들 중 어느 하나를 선택하는 단계는,

상기 기지국이 상기 등가 버스트 전송률에 따라 단순 중계 방식, 협력 송신 다이버시티 방식 또는 협력 수신 다이버시티 방식 중 어느 하나를 선택하는 선택적 협력 통신 방법.
제10항에 있어서,

기지국이 등가 버스트 전송률에 따라 협력 통신 방식들 중 어느 하나를 선택하는 단계는,

상기 기지국이 상기 등가 버스트 전송률에 따라 전송 효율성이 최대가 되는 협력 통신 방식을 선택하는 선택적 협력 통신 방법.
각 중계국(Relay Station)에 할당되는 자원 영역에 대한 정보(R-MAP)에 모바일 단말기(Mobile Station)가 도청하기 위한 자원 할당 정보를 중계하는 기지국(Base Station)을 포함하는 협력 수신 다이버시티 동작 시스템.
제14항에 있어서,

상기 기지국이 셀 내의 중계국을 위한 자원 할당 정보를 나타내는 부분에 협력 수신 다이버시티를 위한 모바일 단말기가 정보를 도청하기 위해 상기 모바일 단말기를 위한 자원 할당 정보를 중계하는 협력 수신 다이버시티 동작 시스템.
제15항에 있어서,

상기 기지국이 협력 수신 다이버시티를 위한 자원 할당 정보를 상기 중계국으로 전송하고, 상기 중계국이 협력 수신 다이버시티를 위한 상기 중계국이 상기 기지국으로부터 수신한 자원 할당 정보를 자신이 서비스하고 있는 모바일 단말기로 전송하는 협력 수신 다이버시티 동작 시스템.
제16항에 있어서,

상기 기지국이 협력 수신 다이버시티를 위한 자원 할당 정보를 상기 중계국으로 전송하고, 상기 모바일 단말기가 상기 기지국으로부터 상기 중계국으로 전송되는 자원 할당 정보를 도청하는 협력 수신 다이버시티 동작 시스템.
제14항에 있어서,

상기 기지국이 협력 수신 다이버시티를 위한 자원 할당 정보를 상기 중계국으로 전송하고, 상기 모바일 단말기가 상기 중계국으로부터 데이터 버스트(data burst)를 수신하는 협력 수신 다이버시티 동작 시스템.
제18항에 있어서,

상기 기지국이 협력 수신 다이버시티를 위한 자원 할당 정보를 상기 중계국으로 전송하고, 상기 모바일 단말기가 도청 정보 및 상기 데이터 버스트를 결합하는 협력 수신 다이버시티 동작 시스템.
모바일 단말기로부터 채널 품질 측정 정보를 보고받고, 상기 채널 품질 측정 정보에 따라 직접 전송(direct transmission) 또는 협력 통신(cooperative relaying) 방식을 결정하고, 상기 협력 통신 방식으로 결정된 경우, 협력 통신 방식에 따른 등가 버스트 전송률을 계산하고, 상기 등가 버스트 전송률에 따라 협력 통신 방식들 중 어느 하나를 선택하는 기지국을 포함하는 선택적 협력 통신 시스템.
제20항에 있어서,

상기 기지국은,

상기 모바일 단말기로부터 수신한 채널 품질 측정 정보를 이용하여 직접 전 송을 해야 할 모바일 단말기인지 또는 상기 중계국을 통한 협력 통신을 해야 할 모바일 단말기인지를 결정하는 선택적 협력 통신 시스템.
제20항에 있어서,

상기 기지국은,

상기 계산된 등가 버스트 전송률에 따라 단순 중계 방식, 협력 송신 다이버시티 방식 또는 협력 수신 다이버시티 방식 중 전송 효율성이 최대가 되는 협력 통신 방식을 선택하는 선택적 협력 통신 시스템.