KR20090068254A - 무선 통신 시스템에서 멀티-홉 중계를 위한 프레임 구조 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 멀티-홉 중계를 위한 프레임 구조 Download PDF

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Abstract

무선 중계 통신 네트워크에서 기지국(BS)과 하나 이상의 중계국(RS) 사이에 데이터 블록들의 무선 전송을 스케쥴링하는 시스템 및 기술의 구현들이 개시되어 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 멀티-홉 중계를 위한 프레임 구조{FRAME STRUCTURE FOR MULTI-HOP RELAY IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}
본 출원은 2006년 9월 19일 출원된 발명의 명칭이 "Frame Structure For Multi-Hop Relay In Wireless Communications Systems"인 미국 특허 가출원 번호 제60/845,950호를 우선권으로 주장하며, 여기서는 이 출원의 명세서의 일부로서 참조로 포함한다.
본 출원은 기지국 뿐만 아니라 하나 이상의 중계국들을 이용한 무선 통신을 위한 무선 통신 시스템 및 기술에 관한 것이다.
무선 통신 시스템은 시스템들의 커버리지 영역의 셀들 내에 위치된 고정 또는 이동 무선 통신 장치들, 예를 들어, 이동 무선 폰 및 무선 통신 카드를 가진 랩톱 컴퓨터들과 통신하기 위해 전자기 파들을 이용한다. 무선 통신 서비스 또는 특정 종류의 무선 서비스들을 위해 지정되거나 또는 할당된 무선 스펙트럼 범위 또는 대역은 서로 다른 통신 주파수 채널들을 발생시키기 위해 서로 다른 무선 반송파 주파수로 나누어질 수 있다. 이러한 시스템들은 셀들로 분할되는 지리적 서비스 영역에서의 무선 커버리지를 제공하기 위해 공간적으로 분산되어 있는 기지국들을 이용한다. 이러한 셀룰라 배치에서, 각각의 기지국(BS)은 각각의 셀의 중심에 개념적 으로 위치되어 그 셀에 대해 무선 커버리지를 제공하고 BS 발생 다운링크(DL) 무선 신호를 통하여 이동 SS(MSS)와 같은 무선 가입자국(SS)에 정보를 전송한다. 특정 셀에서의 가입자국은 업링크(UL) 무선 신호들을 통하여 그 특정 셀에 대한 가입자국의 서빙 기지국에 정보를 전송한다. 기지국들은 각각의 셀을, 각각의 안테나가 하나의 섹터를 커버하는 서로 다른 셀 섹터들로 추가로 분할하기 위해 지향성 안테나를 포함할 수 있다. 셀의 이 섹터화는 통신 용량을 증가시킨다.
고정된 기지국의 네트워크의 무선 커버리지는 여러 요인들에 의해 제한될 수 있다. 여러 구조물들이 특정 기지국들의 무선 신호들을 차단할 수 있다. 예를 들어, 고층 빌딩은 기지국으로부터의 무선 신호들로부터 특정 영역을 차폐할 수 있고 따라서, 원하지 않는 쉐도우 현상(shadowing)을 발생시킬 수 있다. 무선 셀의 에지에서, 신호 강도는 약해질 수 있고, 따라서, 무선 통신에서의 에러율이 증가할 수 있다. 이들 한계 및 다른 한계를 완화시키는 한 접근 방식은 주어진 서비스 영역에서의 기지국의 개수를 증가시키는 것이다. 이러한 접근 방식 하에서의 일 구현예에서, 하나 이상의 중계국들(RS들)이 가입자국과 기지국 사이의 통신 신호들을 중계하기 위해 특정한 고정된 기지국들 사이에 배치될 수 있고, 따라서, 커버리지를 확장시키고 기지국의 통신 용량 및 품질을 증가시킨다. 중계국은 관련 스테이션(relation station)과 같이, 배치를 위한 특정 조건들에 따라 고정된 트랜시버 또는 이동 트랜시버 스테이션일 수 있다. 가입자국 신호는 서빙 기지국에 도달하기 전에 하나 이상의 RS들을 통하여 홉핑(hop)할 수 있다. 제안된 IEEE 802.16j는 가입자에 대한 향상된 커버리지와 서비스를 위해 중계국들을 이용하도록 이동 멀티- 홉 중계(MMR; Mobile Multi-hop Relay) 모드들을 이용한다. IEEE 802.16j하에서의 멀티-홉 중계 무선 네트워크는 MMR 모드들의 지원 능력을 갖는 MMR 기지국들(MMR-BS)을 포함할 수 있다.
일 형태에서, 무선 중계 통신 네트워크에서 기지국들, 중계국들 및 가입자국들 사이에 데이터 제어 메시지 스트림들을 전송하기 위한 방법이 설명되어 있으며, 이 방법은 기지국이 네트워크로부터 가입자국들에 대한 프로토콜 데이터 유닛을 수신하도록 동작시키는 단계와, 기지국의 제어 하에서 하나 이상의 중계국들의 중계국 토폴로지에 기초하여 기지국이 프로토콜 데이터 유닛으로부터 중계 프로토콜 데이터 유닛들을 생성하도록 동작시키는 단계와, 기지국이 채널 자원 할당 정보를 갖는 전송 스케쥴을 발생시키도록 동작시키는 단계를 포함하며, 하나 이상의 중계국이 대응하는 중계 프로토콜 데이터 유닛들을 수신하도록 지정된다.
다른 형태에서, 무선 중계 통신 네트워크에서 기지국들과 중계국들 사이에 데이터 및 제어 메시지 스트림들을 수신하는 방법이 제공되며, 본 방법은, 중계 프로토콜 데이터 유닛을 수신하는 단계와, 수신된 중계 프로토콜 데이터 유닛들을 (1) 하위 중계 프로토콜 데이터 유닛들 및 (2) 프로토콜 데이터 유닛들 중 어느 한쪽 또는 양쪽 중 하나 이상으로 디코딩하는 단계와, (1) 하나 이상의 각각의 중계국들 및 (2) 하나 이상의 가입자국들 중 적어도 하나에 하나 이상의 하위 중계 프로토콜 데이터 유닛 및 프로토콜 데이터 유닛들을 전송하는 단계를 포함한다.
다른 형태에서, 기지국들, 중계국들 및 가입자국들 사이에 정보를 전송 및 수신하기 위한 무선 중계 통신 네트워크가 설명되어 있으며, 이 무선 중계 통신 네트워크는 기지국으로부터 각각의 가입자국으로의 통신 경로를 결정하는 스케쥴러 로직과, 다운링크 데이터 및 제어 메시지들을 전송하고 업링크 데이터 및 제어 메시지들을 수신하는 송신기/수신기 구성요소를 포함한 하나 이상의 기지국과; 정보를 전송하고 수신하기 위한 지속 기간(time duration)을 결정하는 스케쥴러 로직과 데이터 및 제어 메시지들을 전송하고 데이터 및 제어 메시지들을 수신하는 송신기/수신기 구성요소를 포함한 하나 이상의 중계국을 포함한다. 기지국과 중계국은 하나 이상의 가입자국과 통신하도록 동작한다.
또 다른 형태에서, 무선 중계 통신 네트워크에서 기지국들, 중계국들 및 가입자국들 사이에 정보를 전송하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 프레임 구조를 이용하여 중계국이 프레임 구조에 대한 다운링크 서브프레임의 부분들에서 전송할 수 있게 하는 다운링크 중계를 제공하는 단계를 포함한다.
이들 특징 및 다른 특징은 첨부된 도면, 상세한 설명 및 청구범위에서 보다 자세히 설명되어 있다.
도 1은 멀티-홉 중계 무선 네트워크의 일례를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 도 1의 네트워크에서의 통신들의 예들을 나타낸다.
도 4, 도 5a 및 도 5b는 중계 프레임 구조들의 3가지 예들을 나타낸다.
도 6은 기지국 스케쥴러의 예시적인 흐름도를 나타낸다.
도 7은 수신된 데이터를 디코딩하고 그 데이터를 하나 이상의 지정된 하위 중계국들과 가입자국들에 중계하는데 있어 중계국의 예시적인 동작을 나타낸다.
도 8, 도 9 및 도 10은 이 애플리케이션에서 설명된 중계 프레임 구조들을 구현하는데 있어 무선 자원을 제공하기 위한 3가지 예들을 나타낸다.
IEEE 802.16j에서 정의된 MMR(Mobile Multi-hop Relay; 이동 멀티-홉 중계) 모드들은 공개된 IEEE 802.16-2004 표준 및 IEEE 802.16e-2005 표준과 역방향으로 호환가능한 것을 필요로 한다. 중계국(RS) 및 MMR 기지국(MMR-BS)과 함께 동작하기 위해 기존의 이동국(MS)에 어떠한 변경도 행하지 않는 것이 바람직하다. 고정된 RS(Fixed RS), 휴대 이동 RS(Nomadic RS) 및 이동 RS(Mobile RS)와 같은 여러 유형들의 중계국들과 MMR-BS는 IEEE 802.16j 프로젝트 태스크 그룹(TGj)에 정의되어 있다. IEEE 802.16j 프로젝트 인증 요청(PAR; Project Authorization Request)에 따르면, 이 보정안은 중계국들과 기지국들의 상호 연동가능한 802.16 멀티-홉 중계 능력들과 기능들을 특정함으로써 802.16 네트워크들의 커버리지, 처리량 및 시스템 용량을 향상시키는 것이다.
이 애플리케이션의 사양들은 다른 무엇보다도, 기지국(BS)과 하나 이상의 중계국들(RS) 사이의 데이터 블록들의 무선 전송을 스케쥴링하기 위한 시스템들 및 기술들의 구현을 설명한다. 스케쥴링은 기지국과 중계국들 사이의 전송 링크들의 품질, 중계국 셀 커버리지 영역들에서의 가입자국(SS) 또는 이동국(MS)을 지원하기 위해 중계국들에 대한 데이터량 및 데이터의 유형과 같은 하나 이상의 요인들에 기초할 수 있다. 일 형태에서, 스케쥴링은 데이터 블록들을 수신하거나 또는 전송하 기 위해 각각의 중계국들에 주파수 블록들과 타임 슬롯들을 할당하는 것을 포함할 수 있다. 데이터 블록들은 중계국의 셀과, 필요에 따라 중계국의 하위 셀들에 대한 트렁크 트래픽들(trunk traffic)을 포함할 수 있다.
다른 형태에서, 기지국과 중계국들 사이에 데이터 스트림들을 전송하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 가입자국들 또는 이동국들에 대한 네트워크로부터 프로토콜 데이터 유닛들(PDU)을 수신하는 단계와, 수신된 PDU들을 동일한 지정된 중계국에 대해 캡슐화하는 단계와, 중계 프로토콜 데이터 유닛들(R-PDU)을 생성하는 단계와, 기지국의 다운링크 전송을 위해 미리 정해진 주파수 블록들과 미리 정해진 타임 슬롯들을 할당하는 단계를 포함한다. 지정된 중계국은 알려진 스케쥴 정보에 따라 다운링크 트래픽을 디코딩하도록 구성될 수 있다. 전송 또는 수신 스케쥴은 일부 구현예에서, 다운링크 서브프레임 또는 업링크 서브프레임에 대한 채널 자원 할당 정보를 포함할 수 있다.
다른 형태에서, 다운링크 스케쥴 정보는 무선 시스템에서 중계국들에 대해 미리 정해지고 알려져 있다. 이 구성에서, 전송 또는 수신 스케쥴은 기지국으로부터 하나 이상의 중계국들에 전송되지 않는다.
다른 형태에서, 다운링크 스케쥴 정보는 기지국에 의해 발생되어 다운링크 서브프레임에서 전송된다. 예를 들어, 이 스케쥴 정보는 기지국 다운링크 MAP, 중계국 고유 다운링크 MAP, 또는 특수 다운링크 정보 요소(IE)에 포함될 수 있다.
다른 형태에서, 다운링크 스케쥴 정보는 중계국에 의해 발생되어, 다운링크 서브프레임에서 전송된다. 예를 들어, 이 스케쥴 정보는 일반 다운링크 MAP 또는 중계국 고유 다운링크 MAP 또는 특수 다운링크 정보 요소(IE)의 일부에 포함될 수 있다.
다른 형태에서, 다운링크 스케쥴 정보는 기지국에 의해 발생되어, 데이터 패킷들을 전송하는데 이용되고 동일한 주파수 대역 내에 있는 무선 주파수 채널과는 다른 무선 주파수 채널로 전송된다. 다운링크 스케쥴 정보를 전달하기 위한 이 무선 주파수 채널은 협대역폭을 가진 제어 채널일 수 있다. 다운링크 스케쥴 정보는 또한 데이터 패킷들을 전달하는 채널과 다른 주파수 대역에서 전송될 수 있다. 다운링크 스케쥴 정보는 데이터 패킷들의 전송을 위한 상이한 또는 동일한 기술을 이용하여 그리고 데이터 패킷들을 전송하기 위한 상이한 또는 동일한 프레임 구조를 이용하여 전송될 수 있다. 다운링크 스케쥴 정보는 대역외 전송(out-of-band)에 의해 전송될 수 있다. 이 스케쥴 정보는 다운링크 서브프레임에서의 특정 기간 또는 할당된 타임 슬롯에서 수신 또는 전송을 수행하기 위해 중계국에 의해 수신된다.
다른 형태에서, 다운링크 스케쥴 정보는 중계국에 의해 발생되어, 데이터 패킷들을 중계국의 하위 중계국에 전송하기 위한 채널과 다른 무선 주파수 채널에서 전송된다. 다운링크 스케쥴 정보에 대한 이 채널은 제어 채널을 통할 수 있다. 다운링크 스케쥴 정보는 데이터 패킷의 전송을 위한 상이한 또는 동일한 기술을 이용하여 또는 데이터 패킷들의 전송을 위한 상이한 또는 동일한 프레임 구조를 이용하여 전송될 수 있다. 다운링크 스케쥴 정보는 대역외 전송에 의해 전송될 수 있다. 이 스케쥴 정보는 다운링크 서브프레임에서의 특정 기간에서 또는 할당된 타임 슬롯에서의 수신 또는 전송을 수행하기 위해 하위 중계국에 의해 수신된다.
다른 형태에서, 중계국에서 기지국으로부터의 데이터 스트림들을 수신하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은 중계국에 대한 특수 프로토콜 데이터 유닛인 R-PDU(Relay Protocol Data Unit)을 수신하는 단계와, R-PDU를 R-PDU의 하위 R-PDU와 정규 PDU들로 디코딩하는 단계와, 이들을 지정된 중계국과 가입자국에 전송하는 단계를 포함한다.
다른 형태에서, 업링크 스케쥴 정보는 미리 정해질 수 있고 무선 시스템에서의 중계국에 알려질 수 있어 따라서 전송되지 않는다.
또 다른 형태에서, 업링크 스케쥴 정보는 기지국에 의해 발생되어, 다운링크 서브프레임에서 전송된다. 예를 들어, 이 스케쥴 정보는 기지국 업링크 MAP 또는 중계국 고유 업링크 MAP 또는 특수 업링크 정보 요소(IE) 내에 포함될 수 있다.
또 다른 형태에서, 업링크 스케쥴 정보는 중계국에 의해 발생되어, 다운링크 서브프레임에서 전송된다. 예를 들어, 이 스케쥴 정보는 업링크 MAP 또는 중계국 고유 업링크 MAP 또는 특수 업링크 정보 요소(IE)의 일부에 포함될 수 있다.
또 다른 형태에서, 업링크 스케쥴 정보는 기지국에 의해 발생되어, 동일한 주파수 대역 내에 있고 데이터 패킷들을 전송하는데 이용되는 주파수 채널과 다른 무선 주파수 채널로 전송된다. 업링크 스케쥴 정보를 전달하는 무선 주파수 채널은 협대역폭을 가진 제어 채널일 수 있다. 업링크 스케쥴 정보는 또한 데이터 패킷들을 전달하는 채널과는 다른 주파수 대역에서 전송될 수 있다. 업링크 스케쥴 정보는 데이터 패킷들의 전송을 위한 상이한 또는 동일한 기술을 이용하여 또는 데이터 패킷들의 전송을 위한 상이한 또는 동일한 프레임 구조를 이용하여 전송될 수 있 다. 업링크 스케쥴 정보는 대역외 전송에 의해 전송될 수 있다. 이 스케쥴 정보는 업링크 서브프레임에서의 특정 기간 또는 할당된 타임 슬롯들에서 수신 또는 전송을 수행하기 위해 중계국에 의해 수신된다.
또 다른 형태에서, 업링크 스케쥴 정보는 중계국에 의해 발생되어, 데이터 패킷들을 전송하는데 이용되고 동일한 주파수 대역 내에 있는 주파수 채널과 다른 무선 주파수 채널로 전송된다. 이 업링크 스케쥴 정보를 전달하기 위한 무선 주파수 채널은 협대역폭을 가진 제어 채널일 수 있다. 업링크 스케쥴 정보는 또한 데이터 패킷들을 전달하는 채널과는 다른 주파수 대역에서 전송될 수 있다. 업링크 스케쥴 정보는 데이터 패킷들의 전송을 위한 상이한 또는 동일한 기술을 이용하여, 또는 데이터 패킷들의 전송을 위한 상이한 또는 동일한 프레임 구조를 이용하여 전송될 수 있다. 업링크 스케쥴 정보는 대역외 전송에 의해 전송될 수 있다. 이 스케쥴 정보는 업링크 서브프레임에서의 특정 기간 또는 할당된 타임 슬롯들에서 수신 또는 전송을 수행하기 위해 하위 중계국에 의해 수신된다.
이 애플리케이션의 다른 형태들은 하나 또는 복수의 중계국들을 통하여 다운링크 트래픽 스트림들을 전송하기 위한 기술들, 하나 또는 복수의 중계국들을 통하여 업링크 트래픽 스트림들을 전송하기 위한 기술들, 중계국들에 대한 전용 버스트 할당에 의해 다운링크 서브프레임들과 업링크 서브프레임들을 전송하기 위한 기술들 및 중계국들에 대한 전용 구역 할당에 의해 다운링크 서브프레임들과 업링크 서브프레임들을 전송하기 위한 기술들의 구현들을 포함한다.
도 1은 이 애플리케이션에서 기술된 중계국들에 대한 프레임 구조를 구현할 수 있는 예시적인 무선 멀티-홉 중계 통신 시스템의 일부분을 나타낸다. 이 시스템은 서빙하는 하나 이상의 가입자국(예를 들어, SSl 내지 SS8)에 무선 커버리지를 제공하기 위해 하나 이상의 기지국(BS)(100)과 복수의 중계국(101; RSl, 102; RS2, 및 103; RS3)을 포함한다. 기지국(100)은 고정된 기지국일 수 있으며, 관련 스테이션들(101, 102 및 103)은 고정된 중계국, 휴대 이동(nomadic) 중계국들 또는 이동 중계국들일 수 있다. 이러한 중계국은 이동중에 있는 차량, 기차, 배 또는 보트 또는 다른 이동중인 플랫폼들 상에 위치될 수 있다. 중계국은 고층 빌딩 또는 언덕의 쉐도우에서와 같이 빈약한 무선 수신 특성을 갖는 영역에서 빌딩의 내부에 위치될 수 있다. 특정예에서, 2개의 가입자국들(SS3 및 SS4)이 RSl(101)의 커버리지 영역 내에 있는 것으로 나타내어진다.
중계국은 기지국 또는 상위 또는 부모 중계국의 커버리지를 확장하는데 이용된다. 도 1에서의 예를 참조하여 보면, BS(100)가 네트워크에 접속되어 있고 나머지 네트워크에 대해 중계국들(RSl; 101, RS2; 102 및 RS3; 103)에 대한 게이트웨이이기 때문에 중계국들(RSl; 101, RS2; 102 및 RS3; 103)은 BS(100)에 대해 하위에 있다. 이 환경에서, BS(100)는 중계국들(RSl; 101, RS2; 102 및 RS3; 103)에 대해 상위의 것이다. 추가로, 상위의 BS(100)의 제어 하에서의 중계국들(RSl; 101, RS2; 102 및 RS3; 103)은 서로에 대해 상위 관계 및 하위 관계를 갖는 것이 가능하다. 예를 들어, 중계국(RS3; 103)이 중계국(RS2; 102)을 통하여 BS(100)와 통신하기 때문에 중계국(RS3; 103)은 중계국(RS2; 102)에 대해 하위에 있다. 따라서, 중계국(RS2; 102)은 중계국(RS3; 103)에 대해 상위에 있다. 이 환경에서, 도 1의 시스 템에서의 BS들과 중계국들은 이들의 상대적 관계들에 기초하여 상위 기지국들과 하위 기지국들로 분류될 수 있다. 도 1에서의 BS(100)는 모든 중계국들에 대해 상위 기지국이며, 중계국들(RS2; 102)은 BS(100)에 대해 하위의 기지국이지만 중계국(RS3; 103)에 대해 상위의 기지국이다.
기지국(100)은 기지국(100)으로부터 각각의 가입자국으로의 통신 경로를 결정하는 스케쥴러 로직과, 다운링크 데이터와 제어 메시지들을 전송하고 업링크 데이터와 제어 메시지들을 수신하는 송신기/수신기 구성요소를 포함할 수 있다. 각각의 중계국들(101, 102 또는 103)은 정보를 전송하고 수신하기 위한 지속기간을 결정하는 스케쥴러 로직과, 데이터 및 제어 메시지들을 전송하고 데이터와 제어 메시지들을 수신하는 송신기/수신기를 포함한다. 기지국(100)과 중계국은 하나 이상의 가입자국과 통신하도록 동작한다.
도 2 및 도 3은 도 1에 나타낸 바와 같이 무선 멀티-홉 중계 통신 시스템에 대한, 데이터 및 제어 신호들을 포함한 다운링크 및 업링크 트래픽 스트림들의 예시적인 흐름도를 나타낸다. 가입자국들(SSl 및 SS2)은 어떠한 중계국들을 통해서도 호핑함이 없이 기지국(BS; 100)에 의해 직접 서빙된다. 기지국(BS; 100)은 RS2(102)를 통하여 SS5 및 SS6와 통신하여, DL 스트림들이 첫 번째로 BS(100)로부터 RS2(102)에 전송되고 그 후 RS2(102)가 SS5 및 SS6에 대해 DL 스트림을 전송한다. SS7 및 SS8에 대해, BS(100)와의 통신들은 RS2(102) 및 RS3(103)을 통한 2회의 호핑들을 경험한다.
도 4는 도 1에서의 시스템에 대한 다운링크 서브프레임과 업링크 프레임을 포함한 예시적인 프레임 구조를 나타낸다. 횡축은 무선 자원의 타임 슬롯 부분을 나타내며, 종축은 무선 자원의 주파수 부분을 나타낸다. 다운링크 프레임은 기지국(BS; 100)으로부터 가입자국들로의 직접 전송과, 기지국(BS; 100)들로부터 하나 이상의 중계국들을 통하여 가입자국들로의 전송을 포함한다. 업링크 프레임은 가입자국들로부터 기지국(BS; 100)으로의 직접 전송과, 가입자국들로부터 하나 이상의 중계국들을 통하여 기지국(BS; 100)으로의 전송을 포함한다. 다운링크 프레임과 업링크 프레임은 기지국 송신/수신 전환 시간(TTG; transmit-to-receive transition time)에 의해 시간에 있어 분리된다. 하나의 프레임은 하나의 다운링크 서브프레임과 하나 이상의 업링크 서브프레임들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 업링크 서브프레임들의 완료 후, 기지국 수신/송신 전환 시간(RTG; receiver/transmit transition gap)으로 알려진 시간 갭이 후속 프레임의 하나의 업링크 서브프레임 또는 마지막 업링크 서브프레임과 다운링크 서브프레임 사이에 추가된다.
도 4에서의 종축에 따른 주파수 도메인에서, 공통 주파수 대역 내의 상이한 채널 주파수들 또는 상이한 주파수 대역에서의 상이한 채널 주파수들이 도 1의 시스템에서 여러 데이터를 전달하는데 할당된다. 이러한 상이한 채널 주파수들의 할당은 각각의 서브프레임 내에서 변화한다. 이 예에서, 프레임의 프리앰블이 첫 번째로 BS(100)에 의해 전송되며, 후속하여 프레임 제어 헤더(FCH), 다운링크 MAP(DL-MAP) 및 업링크 MAP(UL-MAP)의 전송이 뒤따르는데 이들은 이 예에서 상이한 채널 주파수들에서의 전송을 위해 동일한 타임 슬롯에 할당된다.
도 4에서의 예에서, 다운링크 서브프레임은 기지국(100)으로부터 기지국의 중계국들로 전송된 데이터 버스트들과, 하나의 중계국으로부터 다른 중계국으로 전송된 데이터 버스트들과, 중계국들로부터 관련 가입자 국들로 전송된 데이터 버스트들을 포함한다. 다운링크 버스트 할당은 다운링크 상에서 가입자국에 의해 시분할 멀티플렉스(TDD)와 시분할 다중 액세스(TDMA) 양쪽 모두에 대해 버스트 시작 시간들을 정의하는 매체 액세스 제어(MAC) 메시지를 기술하는 IEEE 802.16 네트워크에서 DL-MAP(Downlink Map)에 의해 제공될 수 있다. DL-MAP과 다른 다른 다운링크 메시지들이 또한 이용될 수 있다. 다른 구현예들에서는, 버스트 할당 신호들이 신호의 부모 기지국들에 의해 또는 신호의 부모 중계국들에 의해 제공될 수 있다. 유사하게, 업링크 서브프레임은 가입자국들로부터 지정 중계국들로의 데이터 버스트들과, 중계국들로부터 기지국으로의 데이터 버스트들을 포함할 수 있다. 업링크 버스트 할당은 UL-MAP(Uplink Map)에 의해 또는 다른 업링크 메시지들에 의해 제공될 수 있다. 다른 구현예들에서, 버스트 할당 신호들은 그 부모인 상위 기지국들 또는 상위 중계국들에 의해 제공될 수 있다.
중계국들(RS2; 102 및 RS3; 103)이 데이터를 수신하고 전송하는 주파수-시간 할당이 강조 표시되어 있고 관련 신호 전송 경로들이 화살표 선에 의해 표시되어 있다. 중계국들(RS2; 102)에 대한 TTG가 나타나 있으며, 각각의 중계국에 대한 최소의 TTG(Transmit-to-Receive Transition Time)를 충족시키도록 설정된다. BS(100)로부터 중계국으로의 데이터 버스트는 중계국에 의해 수신된다. 수신하는 중계국은 수신하는 중계국들에 보내진 수신된 데이터 버스트에서의 데이터의 부분들을 디코딩하고 제거하며, 하나 이상의 하위 중계국들과 하나 이상의 하위 가입자 국들에 나머지 수신된 데이터 버스트를 중계한다. 적합한 데이터가 중계국과 기지국의 서빙 영역에서의 의도된 가입자국들에 라우팅될 때까지 다음 하위의 중계국들이 이 유사한 동작을 반복한다. 업링크 서브프레임에서, 가입자국들, 중계국들 및 기지국에 의해 역처리가 수행되며, 여기서 가입자 국들로부터의 프로토콜 데이터 유닛들이 중계국들에 의해 패키징되고, 자신의 가입자국으로부터 네트워크에 프로토콜 데이터 유닛들을 전송하는 기지국에 중계된다.
도 4에서의 프레임 구조에서, 전체 프레임은 모든 중계국들과 가입자국들에 대해 전송 및 수신 스케쥴들을 제공하기 위해 하나의 단일 프리앰블, 하나의 UL-MAP, 하나의 DL-MAP 및 하나의 FCH를 갖는다. BS(100)는 프리앰블, UL-MAP, DL-MAP 및 FCH를 첫 번째로 전송한다. 이 프레임 설계에서, 2개의 다른 중계국들이 동시에 데이터 버스트들을 전송할 수 있다.
다른 구현예에서, 다운링크 서브프레임에서의 타임 슬롯들이 서로 다른 시간 구역들로 분할되고, 각각의 시간 구역이 데이터 버스트들만을 전송하도록 기지국 또는 하나의 중계국에 대해 할당된다. 도 5a 및 도 5b는 이 프레임 설계의 2가지 예들을 나타낸다.
도 5a는 중계국들을 통한 호핑을 위하여 다운링크 서브프레임에 대한 분할된 전송 시간 구역들을 갖는 예시적인 프레임 구조를 나타낸다. 이 예에서, 다운링크 서브프레임은 복수의 다운링크 전송 구역들을 포함한다. DL BS 구역에서, 데이터 버스트들은 기지국으로부터 자신의 중계국들(RSl 및 RS2) 및 가입자국들(SSl 및 SS2)로 전송된다. BS는 전체 프레임에 대하여 단일의 UL-MAP, 단일의 DL-MAP 및 단 일의 FCH를 전송한다. DL RS 구역1에서, 데이터 버스트들은 중계국들(RS2)로부터 관련 중계국들(RS3) 및 가입자국들(SS5 및 SS6)로 전송된다. DL RS 구역 2에서, 데이터 버스트들이 중계국(RS3)으로부터 관련 가입자국들(SS7 및 SS8)로 전송된다. 제1 구역, 예를 들어, DL BS 구역에 후속하여, 각각의 구역이 선택적으로 다운링크 미드앰블 심볼에 의해 시작할 수 있다.
유사하게, 업링크 서브프레임은 또한 도 5a에서의 프레임에서의 복수의 업링크 전송 구역들(UL RS 구역 1, UL RS 구역 2 및 UL BS 구역)을 포함할 수 있다. UL RS 구역l에서, 데이터 버스트들은 가입자국들(SS7 및 SS8)로부터 가입자국들의 중계국들(RS3)로 전송되고 데이터 버스트들은 가입자국들(SS3 및 SS4)로부터 가입자국들의 중계국들(RSl)로 전송된다. UL RS 구역2에서, 일부 데이터 버스트들이 중계국(RS3)으로부터 관련 중계국들(RS2)로 전송되고 일부 데이터 버스트들은 중계국들(RSl)과 다른 관련 가입자국들(SSl 및 SS2)로부터 기지국으로 전송된다. UL BS 구역에서, 데이터 버스트들은 중계국들(RSl 및 RS2)과 다른 가입자국들로부터 기지국으로 전송된다. 중계국들(RSl 및 RS3)은 UL RS 구역1에서 수신 모드에 있으며 그 후 후속하여 일부 중계국들(RSl 및 RS3)이 수신 모드에서 송신 모드로 전환한다. UL BS 구역에서, 모든 중계국들(RSl 및 RS2)이 송신 모드에 있다.
도 5b는 중계국들을 통한 호핑을 위해 다운링크 서브프레임에 대해 분할된 전송 시간 구역들을 갖는 다른 예시적인 프레임 구조를 나타낸다. 도 5a에서의 프레임 구조와 다른 것은 BS가 BS의 지정된 DL BS 구역의 맨 처음에 BS의 UL-MAP, DL-MAP 및 FCH를 전송하고 각각의 중계국이 또한 중계국의 지정된 구역의 맨 처음 에 중계국의 UL-MAP, DL-MAP 및 FCH를 전송하는 점이다.
도 6은 기지국 스케쥴러의 예시적인 흐름도를 나타낸다. 이 예에서, 기지국은 첫 번째로 지정된 중계국의 PDU들을 그룹핑하여 R-PDU(Relay Protocol Data Unit)를 생성한 다음 스케쥴 정보와 R-PDU를 지정된 중계국에 전송한다. 설명된 바와 같이, 기지국은 네트워크들로부터 가입자국들에 보내진 프로토콜 데이터 유닛들(PDU들)을 수신한다(단계 610). 기지국은 지정된 중계국들에 기초하여 수신된 PDU들을 그룹핑한다(단계 620). 이 그룹핑은 부모 기지국에 대한 하위-상위 관계들과 관련한 중계국 토폴로지에 기초한다. 기지국은 대응 그룹핑된 PDU들로부터 중계 프로토콜 데이터 유닛들(R1-PDU)을 생성한다(단계 630). 그 후, 기지국은 하위의 RN-1-PDU들과 대응 그룹핑된 PDU들로부터 멀티-홉(N-홉) 중계 프로토콜 데이터 유닛들(RN-PDU)을 생성한다(단계 640). 그 후 기지국은 다운링크 중계 MAP과 같은 스케쥴 정보에 의해 채널 자원들, 예를 들어 타임 슬롯들과 주파수 블록들을 지정된 중계국에 할당한다(단계 650). 기지국은 다운링크 중계 MAP와 같은 스케쥴 정보 및 각각의 RN-PDU들을 지정된 중계국에 전송한다(단계 660). 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 보면, 기지국에 의한 이 전송은 다운링크 서브프레임의 맨 처음에 수행된다.
도 7은 중계국이 RN-PDU를 RN-1-PDU들과 PDU들로 디코딩한 다음 이들을 지정된 하위 중계국들과 가입자국들에 전송하는 일례를 나타낸다. 이 처리는 다운링크 서브프레임 동안에 행해진다. 설명된 바와 같이, 중계국은 중계국의 부모 또는 상위 기지국(BS) 또는 상위 중계국으로부터 멀티-홉(N-홉) 중계 프로토콜 데이터 유닛(RN-PDU)을 수신한다(단계 710). 중계국은 수신된 RN-PDU를 하위 RN-1-PDU들과 PDU들로 디코딩한다(단계 720). 그 후, 단계 730에서, 중계국은 RN-1-PDU들과 PDU들을 지정된 하위 중계국들(RS들) 및 가입자국들(SS들)에 전송한다.
위에서 설명된 중계 프레임 구조에서, 무선 자원 할당은 여러 구성들로 실시될 수 있다. 도 8, 도 9 및 도 10은 3가지 예를 나타낸다.
도 8은 단일의 RF 채널이 도 4, 도 5a 및 도 5b에서의 프레임 구조들에서의 동작들을 수행하는데 이용되는 것을 나타낸다. RF 채널의 주어진 대역폭 RFl은 도 4, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 상이한 주파수 블록들로 분할된다. 2개의 인접하는 프레임들이 도시되어 있다.
도 9는 동일한 주파수 대역에서 2개의 상이한 채널 RFl과 RF2를 이용함으로써 스케쥴 정보를 동일한 주파수 대역에서 전송하는 방법의 예들을 나타낸다. 스케쥴 정보는 802에 의해 나타낸 바와 같이 동일한 무선 주파수(RF) 채널에서 할당된 자원들과 함께 전송될 수 있다. 스케쥴 정보는 804에 의해 나타낸 바와 같이 할당된 자원들의 RF 채널과 다른 RF 채널에서 또한 전송될 수 있다. 이 예에서, 할당된 자원들을 이용하기 위하여 제2 채널 RF2가 배타적으로 이용되고, 할당된 자원들의 스케쥴 및 제공 양쪽 모두를 행하기 위하여 제1 채널 RFl이 이용된다. 다운링크 스케쥴 정보는 데이터 패킷들의 전송을 위한 상이한 또는 동일한 기술을 이용하여 그 리고 데이터 패킷들의 전송을 위한 상이한 또는 동일한 프레임 구조를 이용하여 전송될 수 있다. 이 스케쥴 정보는 다운링크 서브프레임에서의 특정 기간 또는 할당된 타임 슬롯들에서 수신 또는 전송을 수행하기 위해 중계국에 의해 수신된다.
도 10은 스케쥴 정보와 데이터 페이로드 각각을 전송하기 위한 2개의 다른 주파수 대역들에서 2개의 다른 채널들을 이용하는 일례를 나타낸다. 2개의 채널들 RFl과 RF2는 2개의 다른 주파수 대역들에 있다. 제1 채널 RFl은 데이터 페이로드를 전달하는데 이용하지 않고 중계국들에 스케쥴 정보를 제공하는 제어 채널로서 이용된다. 이 채널 RFl은 채널 RF2의 대역폭보다 작은 대역폭을 갖는 협대역 채널일 수 있다. 제어 채널(RFl)은 무선 채널 또는 유선 채널 또는 예를 들어, 이더넷 및 Tl/El 라인들일 수 있는 유선 네트워크 접속일 수 있다. 제2 채널 RF2는 데이터 페이로드를 전달하기 위하여 할당된 자원들을 제공하는데 이용된다. 따라서, 스케쥴 정보는 824, 826 및 828에 의해 나타낸 바와 같이 할당된 자원들의 RF 채널과 다른 상이한 RF 채널 또는 RF 대역에서 전송될 수 있다. 스케쥴 정보를 제공하는 RF 채널은 RF 채널이 할당된 자원들을 제공하는 것과 동일한 대역폭을 가질 수 없고, 이들은 반드시 동일한 프레임 구조를 따를 필요가 있는 것은 아니다.
이 구현예들은 기지국들, 중계국들 및 가입자국들 사이에 멀티-홉 중계 무선 통신들을 가능하게 하는데 이용될 수 있다. 가입자국들은 이들로 한정되는 것은 아니지만, 고정된 스테이션, 휴대 이동 스테이션 및 이동국들을 포함할 수 있다. 중계국들은 이들로 한정되는 것은 아니지만 고정된 중계국, 휴대 이동 중계국 및 이동 중계국들을 포함할 수 있다. 설명된 기술들은 전용 무선 인프라구조 상에서 구 현될 수 있거나 또는 기존의 무선 통신 시스템들의 상단으로의 네트워크들의 확장으로서 구현될 수 있다.
이 사양은 많은 세부 내용을 포함하지만, 이들은 청구될 수 있는 것인 본 발명의 범위에 대한 제약들로서 간주되지 않아야 하며, 오히려 특정 실시예들에 대하여 고유한 특성들의 설명에 불과하다. 별도의 실시예들의 문맥에서의 이 명세서에 설명된 일부 특성들은 또한 단일의 실시예로 구현될 수 있다. 이와 반대로, 단일의 실시예의 문맥으로 설명된 여러 특성들은 또한 임의의 적절한 하위 조합(subcombination)으로 또는 복수의 실시예들로 별도로 구현될 수 있다. 또한, 특성들은 심지어 초기에 주장한 것으로서 특정 조합으로 작용하는 것으로서 위에서 설명될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특성들이 일부 경우 조합으로부터 실시될 수 있고 청구된 조합이 하위 조합 또는 하위 조합의 변형으로 나타내어질 수 있다.
따라서, 특정 실시예들이 위에서 설명되었다. 그러나 다른 실시예들도 다음의 청구범위 내에 있다.

Claims (18)

  1. 무선 중계 통신 네트워크에서 기지국들, 중계국들, 가입자국들 사이에 데이터 제어 메시지 스트림들을 전송하는 방법으로서,
    기지국이 네트워크로부터 가입자국들에 대한 프로토콜 데이터 유닛을 수신하도록 동작시키는 단계와;
    기지국의 제어 하에서 하나 이상의 중계국들의 중계국 토폴로지에 기초하여 기지국이 프로토콜 데이터 유닛으로부터 중계 프로토콜 데이터 유닛들을 생성하도록 동작시키는 단계와;
    기지국이 채널 자원 할당 정보를 갖는 전송 스케쥴을 발생시키도록 동작시키는 단계 - 하나 이상의 중계국은 대응하는 중계 프로토콜 데이터 유닛들을 수신하도록 지정됨 -
    를 포함하는 데이터 제어 메시지 스트림들의 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 중계국이 전송 스케쥴에 따라 상기 대응하는 중계 프로토콜 데이터 유닛들을 수신하게끔 전송 스케쥴을 하나 이상의 중계국에 전송하는 단계를 포함하는 데이터 제어 메시지 스트림들의 전송 방법.
  3. 제2항에 있어서, 동일한 전송 프레임에서 프로토콜 데이터 유닛들과 함께 전송 스케쥴을 하나 이상의 중계국에 전송하는 단계를 포함하는 데이터 제어 메시지 스트림들의 전송 방법.
  4. 제2항에 있어서, 프로토콜 데이터 유닛을 전송하기 위한 제2 무선 주파수 채널과 다른 제1 무선 주파수 채널에서 프로토콜 데이터 유닛과 함께 전송 스케쥴을 하나 이상의 중계국에 전송하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 무선 주파수 채널과 상기 제2 무선 주파수 채널은 동일 주파수 대역에 있는 것인 데이터 제어 메시지 스트림들의 전송 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    제1 주파수 대역에서 제1 무선 주파수 채널을 이용하여 전송 스케쥴을 하나 이상의 중계국에 전송하는 단계와;
    상이한 제2 주파수 대역에서 상이한 제2 무선 주파수 채널을 이용하여 프로토콜 데이터 유닛을 하나 이상의 중계국에 전송하는 단계
    를 포함하는 데이터 제어 메시지 스트림들의 전송 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 무선 주파수 채널은 유선 네트워크 접속인 것인 데이터 제어 메시지 스트림들의 전송 방법.
  7. 제2항에 있어서, 하나 이상의 타임 슬롯들과 하나 이상의 주파수 블록들의 조합을 지정하는 단계와;
    지정된 중계국이 전송 스케쥴에 따라 상기 대응하는 중계 프로토콜 데이터 유닛을 수신하도록 동작시키는 단계
    를 포함하는 데이터 제어 메시지 스트림들의 전송 방법.
  8. 제7항에 있어서, 최소 시간 갭을 충족시키도록 각각의 중계국에 대해 TTG(Transmit-to-Receive Transition Time; 송신/수신 전환 시간)를 갖기 위해 하나 이상의 타임 슬롯들과 하나 이상의 주파수 블록들의 조합을 지정하는 단계를 포함하는 데이터 제어 메시지 스트림들의 전송 방법.
  9. 무선 중계 통신 네트워크에서 기지국들과 중계국들 사이에 데이터 및 제어 메시지 스트림들을 수신하는 방법으로서,
    중계 프로토콜 데이터 유닛을 수신하는 단계와;
    수신된 중계 프로토콜 데이터 유닛들을 (1) 하위 중계 프로토콜 데이터 유닛들 및 (2) 프로토콜 데이터 유닛들 중 어느 한쪽 또는 양쪽 중 하나 이상으로 디코딩하는 단계와;
    (1) 하나 이상의 각각의 중계국들 및 (2) 하나 이상의 가입자국들 중 적어도 하나에 하나 이상의 하위 중계 프로토콜 데이터 유닛 및 프로토콜 데이터 유닛들을 전송하는 단계
    를 포함하는 데이터 및 제어 메시지 스트림들의 수신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    중계 프로토콜 데이터 유닛을 수신하는 단계와;
    중계 프로토콜 데이터 유닛들을 하나 이상의 하위 중계 프로토콜 데이터 유닛들로 디코딩하는 단계와;
    하나 이상의 하위 중계 프로토콜 데이터 유닛들을 하나 이상의 개개의 중계국들에 전송하는 단계
    를 포함하는 데이터 및 제어 메시지 스트림들의 수신 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    중계 프로토콜 데이터 유닛을 수신하는 단계와;
    중계 프로토콜 데이터 유닛들을 하나 이상의 하위 프로토콜 데이터 유닛으로 디코딩하는 단계와;
    하나 이상의 하위 프로토콜 데이터 유닛들을 하나 이상의 개개의 가입자국들에 전송하는 단계
    를 포함하는 데이터 및 제어 메시지 스트림들의 수신 방법.
  12. 기지국들, 중계국들 및 가입자국들 사이에 정보를 전송 및 수신하기 위한 무선 중계 통신 네트워크로서,
    기지국으로부터 각각의 가입자국으로의 통신 경로를 결정하는 스케쥴러 로직과, 다운링크 데이터 및 제어 메시지들을 전송하고 업링크 데이터 및 제어 메시지 들을 수신하는 송신기/수신기 구성요소를 포함하는 하나 이상의 기지국과;
    정보를 전송하고 수신하기 위한 지속 기간(time duration)을 결정하는 스케쥴러 로직과, 데이터 및 제어 메시지들을 전송하고 데이터 및 제어 메시지들을 수신하는 송신기/수신기 구성요소를 포함한 하나 이상의 중계국
    을 포함하며,
    상기 기지국과 상기 중계국은 하나 이상의 가입자국과 통신하도록 동작하는 것인 무선 중계 통신 네트워크.
  13. 제12항에 있어서, 상기 중계국에서의 스케쥴러 로직은 정보를 전송하는 시간에 있어 시작 순간과 종료 순간 중 적어도 하나를 결정하는 것인 무선 중계 통신 네트워크.
  14. 제12항에 있어서, 상기 기지국에서의 스케쥴러 로직은 정보를 전송하는 시간에 있어 시작 순간과 종료 순간 중 적어도 하나를 결정하는 것인 무선 중계 통신 네트워크.
  15. 무선 중계 통신 네트워크에서 기지국들, 중계국들 및 가입자국들 사이에 정보를 전송하기 위한 방법으로서,
    프레임 구조를 이용하여 중계국이 프레임 구조에 대한 다운링크 서브프레임의 부분들에서 전송할 수 있게 하는 다운링크 중계를 제공하는 단계를 포함하는 정 보 전송 방법.
  16. 제15항에 있어서, 프레임 구조를 이용하여 중계국이 프레임 구조 내의 업링크 서브프레임의 부분들에서 전송할 수 있게 하는 업링크 중계를 제공하는 단계를 포함하는 정보 전송 방법.
  17. 제15항에 있어서, 최소 시간 갭을 충족시키도록 각각의 중계국의 RTG(Receive-to-Transmit Transition Time; 수신/송신 전환 시간)를 설정하도록 프레임 구조를 구성하는 단계를 포함하는 정보 전송 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 프레임 구조는 다운링크 전송에만 적용되거나 또는 업링크 전송에만 적용되는 정보 전송 방법.
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