KR20090105422A - 협력 전송 기법 및 네트워크 코딩 전송 기법을 이용한 통신장치 및 그 방법 - Google Patents

협력 전송 기법 및 네트워크 코딩 전송 기법을 이용한 통신장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

협력 전송 기법 및 네트워크 코딩 전송 기법을 이용한 통신 장치 및 그 방법이 개시된다. 단말 장치는 기지국으로부터 전송된 다운링크 데이터 및 중계기로부터 전송된 네트워크 코딩 데이터를 수신하는 데이터 수신부 및 상기 기지국 및 상기 중계기에 업링크 데이터를 전송하는 데이터 전송부를 포함할 수 있고, 이 때, 상기 기지국은 상기 다운링크 데이터를 상기 중계기에 전송할 수 있다.
협력 전송, 네트워크 코딩, 무선 통신, 기지국, 중계기, 단말 장치.

Description

협력 전송 기법 및 네트워크 코딩 전송 기법을 이용한 통신 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COMMUNICATION USING COOPERATIVE TRANMISSION AND NETWORK CODING TRANSMISSION}
본 발명은 중계기, 기지국, 단말 장치를 통해 통신하는 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 협력 전송 기법 및 네트워크 코딩 전송 기법을 적용하여 통신하는 통신 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근, 통신 시스템에 있어, 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), MIMO(Multiple Input Multiple Output), 스마트 안테나 등 여러 가지 기술들이 도입될 것으로 예상된다. 그러나, 송신 전력이 제한된 상황에서 높은 데이터 전송률을 요구할 경우 오류율이 증가되고, 통신 가능 거리가 감소하는 문제가 발생한다.
데이터 전송률을 향상시키기 위해 중계기에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 최근 중계기 관련 기술은 단순히 파워를 증폭하고 전달하는(amplify-and-forward) 방식뿐만 아니라, 디코드 앤 포워드(decode-and-forward) 방식 및 재구성/재조합 후 전달 방식(reconfiguration/reallocation-and-forward) 방식 등 다 양한 형태로 발전하고 있다.
다만, 중계기를 적용하는 경우, 중계기를 통해 데이터를 전송하기 위한 자원이 추가로 요구된다. 다시 말해서, 중계기를 사용함으로써, 데이터 전송률은 향상될 수 있지만, 데이터 전송을 위해 추가로 할당되어야 하는 자원 때문에 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 데이터 전송률이 향상되면서, 데이터 전송을 위한 자원을 효율적으로 사용할 수 있는 통신 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치는 기지국으로부터 전송된 다운링크 데이터 및 중계기로부터 전송된 네트워크 코딩 데이터를 수신하는 데이터 수신부 -상기 중계기는 하나 또는 하나 이상임- 및 상기 기지국 및 상기 중계기에 업링크 데이터를 전송하는 데이터 전송부를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 기지국은 상기 다운링크 데이터를 상기 중계기에 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 중계기는 기지국으로부터 전송된 다운링크 데이터 및 단말 장치로부터 전송된 업링크 데이터를 수신하는 데이터 수신부, 네트워크 코딩 기법에 따라 상기 다운링크 데이터 및 상기 업링크 데이터를 코딩 하여 네트워크 코딩 데이터를 생성하는 네트워크 코딩부 및 상기 네트워크 코딩 데이터를 상기 기지국 및 상기 단말 장치에 전송하는 데이터 전송부를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 단말 장치는 상기 다운링크 데이터를 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 업링크 데이터를 상기 기지국에 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 기지국은 중계기 및 단말 장치에 다운링크 데이터를 전송하는 데이터 전송부 -상기 중계기는 하나 또는 하나 이상임- 및 상기 중계기로부터 전송된 네트워크 코딩 메시지 및 상기 단말 장치로부터 전송된 업링크 데이터를 수신하는 데이터 수신부를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 단말 장치는 상기 중계기에 업링크 데이터를 전송하고, 상기 중계기로부터 상기 네트워크 코딩 데이터를 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 데이터 통신에 있어 중계기를 통해 협력 전 송을 수행함으로써, 직접 전송에 따른 이득에 협력 전송에 따른 이득이 결합되어 데이터 전송률이 향상될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 중계기는 네트워크 코딩 기법에 따라 생성된 네트워크 코딩 데이터를 기지국 및 단말 장치에 전송함으로써, 중계기가 기지국 및 단말 장치 각각에 데이터를 전송하기 위한 시간을 절약할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 중계기를 통한 데이터 전송에 네트워크 코딩 기법을 적용함으로써 중계기 개수에 따라 데이터 전송률이 향상되고, 네트워크 코딩 데이터에 따라 제한적으로 할당된 자원을 효율적으로 이용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기지국, 중계기 및 단말 장치가 협력 통신을 통해 데이터를 전송함으로써 데이터 처리량이 향상될 수 있다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 장치들을 통해 협력 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 Device 1(101), Device 2(102), Device 3(103)으로 구성될 수 있다. 이하에서는, Device 1(101), Device 2(102), Device 3(103)을 각각 통신 장치 1(101), 통신 장치 2(102) 및 통신 장치 3(103)이라고 하겠다.
Phase 1에서, 통신 장치 1(101)은 통신 장치 2(102) 및 통신 장치 3(103)에 데이터를 전송할 수 있다. 이 때, 통신 장치 2(102) 및 통신 장치 3(103)에 전송되는 데이터는 서로 동일할 수 있다. 또는, 통신 장치 2(102) 및 통신 장치 3(103)에 전송되는 데이터는 위상 변이(Phase Shift), 시간 이동(Time shift)에 따라 변형된 데이터일 수 있다. 이 때, 통신 장치 2(102) 및 통신 장치 3(103)은 모두 통신 장치 1(101)의 셀 커버리지 내에 포함된다고 가정한다.
Phase 2에서, 통신 장치 2(102)는 통신 장치 1(101)로부터 수신한 데이터를 포워딩하여 통신 장치 3(103)에 전송할 수 있다. 결론적으로, 통신 장치 3(103)은 통신 장치 1(101)로부터 직접 전송된 데이터 및 통신 장치 2(102)을 통해 포워딩 되어 협력 전송된 데이터가 결합된 데이터를 수신할 수 있다. 즉, 데이터의 직접 전송에 따른 이득과 협력 전송에 따른 이득이 결합되어, 데이터 전송률이 향상될 수 있다.
예를 들어, 통신 장치 3(103)가 통신 장치 1(101)의 셀 커버리지 경계 근처에 위치하는 경우, 통신 장치 1(101)로부터 통신 장치 3(103)까지 도달되는 과정에서 데이터 손실은 증가할 수 있다. 따라서, 통신 장치 2(102)를 통해 동일한 데이터를 협력 전송하는 경우, 통신 장치 3(103)이 수신하는 데이터는 덜 손실될 수 있다. 도 1은 통신 장치 1(101)에서 통신 장치 3(103)으로 데이터를 전송하는 다운링크 데이터의 전송 과정을 나타낸다.
반대로, 동일한 방식을 적용하여 통신 장치 3(103)은 통신 장치 1(101)로 데이터를 직접 전송하고, 통신 장치 2(102)를 통해 데이터를 협력 전송할 수 있다. 즉, 통신 장치 3(103)에서 통신 장치 1(101)로 데이터를 전송하는 업링크 데이터의 전송 과정도 도 1의 과정을 동일하게 적용될 수 있다.
일례로, 통신 장치 1(101)은 기지국일 수 있다. 그리고, 통신 장치 2(102)는 중계기일 수 있다. 또한, 통신 장치 3(103)은 단말 장치일 수 있다. 참고로, 통신 장치3(103)가 중계기인 경우, 도 1에 도시된 무선 통신 시스템을 확장하여 다수의 중계기를 통해 데이터를 전송하는 멀티 홉 중계기(multi hop relay) 네트워크가 구현될 수 있다.
본 발명은 도 1에 도시된 중계 장치를 통한 협력 전송을 적용하여 데이터의 직접 전송에 따른 이득과 중계 전송에 따른 이득이 결합되어 전체적으로 데이터 전송률이 향상될 수 있다. 다만, 데이터 전송에 있어서, 중계 역할을 하는 통신 장치 2(102)에 데이터 전송 자원이 할당되어야 하므로, 제한적인 자원을 효율적으로 사용하기 어려울 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 장치들을 통해 네트워크 코딩 데이터를 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, Phase 1에서 통신 장치 1(101)과 통신 장치 3(103) 각각은 데이터를 통신 장치 2(102)에 전송할 수 있다. Phase 2에서 통신 장치 2(102)는 통신 장치 1(101)과 통신 장치 3(103)으로부터 수신한 데이터를 네트워크 코딩 기법을 통해 코딩하여 결합할 수 있다. 그리고, 통신 장치 2(102)는 결합된 네트워크 코딩 데이터(NC)를 통신 장치 1(101)과 통신 장치 3(103)에 전송할 수 있다.
예를 들어, Phase 1에서, 통신 장치 1(101)과 통신 장치 3(103)이 각각 "a" 와 "b"라는 데이터를 통신 장치 2(102)에 전송할 수 있다. 네트워크 코딩 전송 기법을 적용하는 경우, 통신 장치 2(102)는 통신 장치 1(101)로부터 수신한 "a" 데이터와 통신 장치 3(103)으로부터 수신한 "b" 데이터를 네트워크 코딩하여 서로 결합할 수 있다.
일례로, 네트워크 코딩된 데이터는 c=a XOR b일 수 있다. 이 경우, Phase 2에서 통신 장치2(102)는 네트워크 코딩 데이터 "c"를 통신 장치 1(101)과 통신 장치 3(103)에 각각 전송할 수 있다. 이 때, 네트워크 코딩 데이터는 통신 장치 1(101)과 통신 장치 3(103)에 동시에 전송될 수 있다.
그러면, 통신 장치 1(101)는 수신한 네트워크 코딩 데이터 "c"로부터 통신 장치3(103)이 전송한 데이터 "b"를 검출할 수 있다. 동일한 방법으로, 통신 장치2(102)는 수신한 네트워크 코딩 데이터 "c"로부터 통신 장치 1(101)이 전송한 데이터 "a"를 검출할 수 있다.
즉, 통신 장치 1(101)이 전송한 "a"데이터를 통신 장치 2(102)를 거쳐 통신 장치 3(103)에 전송되지 않더라도, 통신 장치 3(103)은 네트워크 코딩 데이터 "c"로부터 "a" 데이터를 추출할 수 있다. 또한, 통신 장치 3(103)이 전송한 "b"데이터를 통신 장치 2(102)를 거쳐 통신 장치 1(101)에 전송되지 않더라도, 통신 장치 1(101)은 네트워크 코딩 데이터 "c"로부터 "b" 데이터를 추출할 수 있다. 결국, 본 발명에 따르면, 네트워크 코딩 데이터를 통해 데이터를 전송함으로써, 데이터 전송을 위해 요구되는 시간이 절약될 수 있으며, 결과적으로 제한적으로 할당된 자원이 효율적으로 이용될 수 있다.
일례로, 통신 장치 1(101)은 기지국일 수 있다. 그리고, 통신 장치 2(102)는 중계기일 수 있다. 또한, 통신 장치 3(103)은 단말 장치일 수 있다. 참고로, 통신 장치 3(103)가 중계기인 경우, 도 1에 도시된 무선 통신 시스템을 확장하여, 다수의 중계기를 통해 데이터를 전송하는 멀티 홉 중계기(multi hop relay) 네트워크가 구현될 수 있다.
본 발명은 도 2의 네트워크 전송 방식을 적용하여 중계 전송을 위해 필요한 시간을 줄일 수 있어 제한된 무선 자원을 효율적으로 이용할 수 있다. 다만, 네트워크 코딩 기법을 이용하는 경우, 통신 장치 1(101)과 통신 장치 3(103)간에 직접 전송하는 과정이 불필요하여, 협력 전송으로 인한 이득이 도출될 수 없다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템은 도 1에 도시된 협력 전송 방식과 도 2에 도시된 네트워크 코딩 전송 방식을 결합할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템은 중계기를 통한 협력 전송 방식에 따라 이득이 향상되어 데이터 전송률이 증가하고, 네트워크 코딩 데이터 전송에 따라 제한적으로 할당된 자원을 효율적으로 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국, 중계기 및 단말 장치로 구성된 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템에 있어, 중계기(RS)(302)와 단말 장치(MS)(303)는 기지국(BS)(301)의 셀 커버리지(304) 영역의 내부에 위치할 수 있다. 즉, 셀 커버리지(304)영역의 내부에 존재하는 통신 장치를 통해 협력 전송을 구현할 수 있다.
기지국(301)은 중계기(302)와 단말 장치(303)에 데이터 "a"를 전송할 수 있다. 이 때, 데이터 "a"는 다운링크 데이터를 의미한다. 즉, 기지국(301)은 다운링크 시간 동안 다운링크 데이터를 중계기(302)와 단말 장치(303)에 전송할 수 있다.
그리고, 단말 장치(302)는 기지국(301)과 중계기(302)에 데이터 "b"를 전송할 수 있다. 이 때, 데이터 "b"는 업링크 데이터를 의미한다. 즉, 단말 장치(303)는 업링크 시간 동안 업링크 데이터를 기지국(301)과 중계기(302)에 전송할 수 있다.
일례로, 중계기(302)는 네트워크 코딩 기법을 적용하여 기지국(301)로부터 수신한 다운링크 데이터 "a"와 단말 장치(303)로부터 수신한 업링크 데이터 "b"를 코딩하여 결합된 네트워크 코딩 데이터 "c"를 생성할 수 있다. 다운링크 시간 및 업링크 시간이 경과한 후, 중계기(302)는 생성한 네트워크 코딩 데이터 "c"를 기지국(301)과 단말 장치(303)에 각각 전송할 수 있다. 일례로, 네트워크 코딩 데이터는 업링크 데이터와 다운링크 데이터를 XOR로 결합된 것(예를 들면, c= a XOR b)일 수 있다. 네트워크 코딩 방식은 제한되지 않고, 다양한 방법이 적용될 수 있다.
이 때, 기지국(301)과 단말 장치(303)는 네트워크 코딩 데이터에 따라 다운링크 데이터와 업링크 데이터가 관련되어 있는 사실을 이미 알고 있는 것으로 가정할 수 있다. 그러면, 기지국(301)는 다운링크 데이터를 이용하여 네트워크 코딩 데이터로부터 업링크 데이터를 추출할 수 있다. 유사하게, 단말 장치(303)는 업링크 데이터를 이용하여 네트워크 코딩 데이터로부터 다운링크 데이터를 추출할 수 있다.
결론적으로, 데이터 "a"를 기준으로 살펴보았을 때, 기지국(301)은 다운링크 데이터인 "a"를 중계기(302) 및 단말 장치(303)에 전송할 수 있다. 그리고, 중계기(302)는 기지국으로부터 수신한 다운링크 데이터와 단말 장치(303)로부터 수신한 업링크 데이터가 결합된 네트워크 코딩 데이터를 단말 장치에 전송할 수 있다. 이 후, 단말 장치(303)는 업링크 데이터를 이용하여 네트워크 코딩 데이터로부터 다운링크 데이터인 "a"를 추출할 수 있다.
다시 말해서, 단말 장치(303)는 기지국(301)으로부터 직접 "a"를 수신하고, 또한 중계기(302)로부터 네트워크 코딩 데이터를 통해 간접적으로 "a"를 수신할 수 있다. 따라서, 본 발명은 네트워크 코딩 기법에 따른 네트워크 코딩 전송과 중계 전송을 통한 협력 전송을 함께 적용하여 데이터를 전송함으로써, 협력 전송에 따른 이득이 향상되고, 네트워크 코딩 전송에 따른 데이터 전송을 위해 할당된 자원이 절약될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국, 중계기 및 단말 장치 간의 데이터의 흐름을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 기지국(301)은 중계기(302)에 데이터 "a"를 전송할 수 있다. 또한, 기지국(301)은 단말 장치(303)에 데이터 "a"를 전송할 수 있다. 즉, 기지국(301)은 다운링크 시간 동안 중계기(302)와 단말 장치(303)에 다운링크 데이터 "a"를 전송할 수 있다.
그리고, 도 4를 참고하면, 단말 장치(303)는 중계기(302)에 데이터 "b"를 전송할 수 있다. 그리고, 단말 장치(303)는 기지국(301)에 데이터 "b"를 전송할 수 있다. 즉, 단말 장치(303)는 업링크 시간 동안 중계기(302)와 기지국(301)에 업링크 데이터 "b"를 전송할 수 있다. 이 때, 다운링크 시간 구간과 업링크 시간 구간은 구별될 수 있다. 일례로, 다운링크 시간 구간이 업링크 시간 구간보다 먼저 발생할 수 있다.
중계기(302)는 기지국(301)으로부터 수신한 다운링크 데이터 "a"와 단말 장치(303)로부터 수신한 업링크 데이터 "b"를 네트워크 코딩 하여 결합된 네트워크 코딩 데이터 "c"를 생성할 수 있다. 즉, 네트워크 코딩을 통해 다운링크 데이터 "a"와 업링크 데이터 "b"는 연관될 수 있다. 다시 말해서, "a"를 알고 있는 경우, "c"로부터 "b"가 검출될 수 있고, "b"를 알고 있는 경우, "c"로부터 "a"가 검출될 수 있다.
중계기(302)는 "a"가 전송되는 다운링크 시간 구간 및 "b"가 전송되는 업링크 시간 구간과 구별되는 네트워크 코딩 시간 구간 동안 네트워크 코딩 데이터 "c"를 기지국(301)과 단말 장치(303)에 전송할 수 있다. 이 때, 네트워크 코딩 시간 구간은 다운링크 시간 구간 및 업링크 시간 구간보다 이후에 발생할 수 있다.
이 후, 기지국(301)은 이미 알고 있는 다운링크 데이터 "a"를 이용하여 네트워크 코딩 데이터 "c"로부터 업링크 데이터 "b"를 추출할 수 있다. 결국, 기지국(301)은 단말 장치(303)로부터 업링크 시간 구간 동안 직접 "b"를 수신할 수 있고, 중계기(302)를 거쳐 네트워크 코딩 시간 구간 동안 수신한 "c"를 통해 "b"를 추출할 수 있다. 따라서, 기지국(301)은 단말 장치(303)와 중계기(302)의 협력 전 송을 통해 업링크 데이터 "b"를 수신할 수 있다.
동일한 방법으로, 단말 장치(303)는 이미 알고 있는 업링크 데이터 "b"를 이용하여 네트워크 코딩 데이터 "c"로부터 다운링크 데이터 "a"를 추출할 수 있다. 결국, 단말 장치(303)는 기지국(301)으로부터 다운링크 시간 구간 동안 직접 "a"를 수신할 수 있고, 중계기(302)를 거쳐 네트워크 코딩 시간 구간 동안 수신한 "c"를 통해 "a"를 추출할 수 있다. 따라서, 단말 장치(303)는 기지국(301)과 중계기(302)의 협력 전송을 통해 다운링크 데이터 "a"를 수신할 수 있다.
참고로, 도 4를 참고하면, 중계기(302)가 기지국(301)으로부터 수신한 "a"를 포워딩하여 단말 장치(303)로 전송하는 시간 또는 중계기(302)가 단말 장치(303)로부터 수신한 "b"를 포워딩하여 기지국(301)으로 전송하는 시간 중 어느 하나의 시간이 요구되지 않는 것을 알 수 있다.
도 5는 IEEE 802.16 스타일의 네트워크에 있어 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 IEEE 802.16 스타일의 네트워크에 필요한 데이터 구조의 일례를 의미하며, 도 4의 과정을 시간적으로 세분화한 것을 나타낸다. 도 5에 도시된 데이터 구조는 크게 N번째 프레임과 (N+1)번째 프레임으로 구분될 수 있다.
N번째 프레임과 (N+1)번째 프레임은 각각 다운링크 서브프레임 구간과 업링크 서브프레임 구간으로 구분될 수 있다. 먼저, 기지국(301)은 N번째 프레임의 다운링크 서브프레임 구간 동안 전송모드(Tx)로 설정된다. 그러면, 기지국(301)은 수신모드(Rx)에 있는 중계기(302)와 단말 장치(303)에 다운링크 데이터 "a"를 전송 할 수 있다.
그 다음, 단말 장치(303)는 N번째 프레임의 업링크 서브프레임 구간 동안 전송모드(Tx)로 설정된다. 그러면, 단말 장치(303)는 수신 모드(Rx)에 있는 중계기(302)와 기지국(301)에 업링크 데이터 "b"를 전송할 수 있다.
그리고 난 후, (N+1)번째 프레임의 다운링크 서브프레임 구간 동안 중계기(302)는 전송 모드(Tx)로 설정된다. 그러면 중계기(302)는 수신 모드(Rx)에 있는 기지국(301)과 단말 장치(303)에 네트워크 코딩 데이터 "c"를 전송할 수 있다.
이러한 과정은 데이터 프레임의 전체 구간에서 반복적으로 수행될 수 있다. 그리고, 도 5는 N번째 프레임을 기준으로 설명한 것이다. 도 5를 (N-1)번째 프레임을 기준으로 설명하는 경우, N번째 프레임의 다운링크 서브프레임 구간 동안 중계기(302)는 전송 모드(Tx)로 설정된다. 그러면 중계기(302)는 수신 모드(Rx)에 있는 기지국(301)과 단말 장치(303)에 네트워크 코딩 데이터 "c"를 전송할 수 있다.
참고로, Transparent NC Zone이 업링크 서브프레임 구간에 위치하는 경우, 단말 장치(303)는 업링크 서브프레임 구간 동안 수신모드에서 동작하여야 한다. 이것은 단말 장치(303)의 백워드 호환성(backward compatibility)에 반한다. 결국, 단말 장치(303)의 백워드 호환성을 유지하기 위해 Transparent NC Zone은 다운링크 서브프레임에 포함될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 중계기로 구성된 무선 통신 시스템에 있어 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 6을 참고하면, 무선 통신 시스템은 기지국(BS)(601), 중계기 1(RS1)(602), 중계기2 (RS2)(603) 및 단말 장치(MS)(604)를 포함할 수 있다. 이 때, 도 6에서는 중계기의 개수가 2개이지만, 도 6에 한정되지 않고 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 시스템은 적어도 하나의 중계기를 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 중계기 1(602), 중계기 2(603) 및 단말 장치(604)는 기지국(601)의 셀 커버리지(605)의 영역 내부에 위치할 수 있다.
도 6에 도시된 무선 통신 시스템을 살펴보면, 기지국(601)-중계기 1(602)-단말 장치(604)로 구성된 유닛 1과 기지국(601)-중계기 2(603)-단말 장치(604)로 구성된 유닛 2으로 구분할 수 있다. 즉, 각 유닛에 포함된 통신 장치는 도 1 내지 도 5에 설명된 전송 과정에 따라 데이터를 전송할 수 있다.
유닛 1을 기준으로 설명하면, 기지국(601)은 다운링크 시간 구간 동안 다운링크 데이터(a)를 중계기 1(602) 및 단말 장치(604)에 전송할 수 있다. 그리고, 단말 장치(604)는 업링크 시간 구간 동안 업링크 데이터(b)를 중계기 1(602) 및 기지국(601)에 전송할 수 있다. 그 후에, 중계기 1(602)는 수신한 다운링크 데이터(a)와 업링크 데이터(b)를 코딩하여 결합된 네트워크 코딩 데이터(c)를 생성할 수 있다. 중계기 1(602)는 생성한 네트워크 코딩 데이터(c)를 네트워크 코딩 시간 구간 동안 기지국(601) 및 단말 장치(604)에 전송할 수 있다. 이러한 과정은 유닛 2에도 동일하게 적용될 수 있다.
그러면, 단말 장치(604)는 기지국(601)으로부터 직접 수신하는 다운링크 데이터와 중계기 1(602) 및 중계기 2(603)로부터 수신한 네트워크 코딩 데이터에 따 라 추출된 다운링크 데이터를 수신할 수 있다. 결국, 단말 장치(604)는 중계기 1(602) 및 중계기 2(603)에 의한 전송 이득을 받을 수 있다. 따라서, 중계기의 개수가 증가할수록 중계기에 따른 전송 이득은 증가할 수 있다. 이 때 중계기 1(602)에서와 중계기 2(603)에서의 네트워크 코딩 방법은 다를 수 있다.
다만, 중계기의 개수에 따라 데이터 전송을 위해 할당되어야 하는 자원도 더 필요하지만, 본 발명은 네트워크 코딩 기법을 적용함으로써 제한적으로 할당되는 자원이 절약될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 홉 중계기로 구성된 무선 통신 시스템에 있어 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 7을 참고하면, 무선 통신 시스템은 기지국(BS)(701), 중계기 1(RS1)(702), 중계기2 (RS2)(703), 중계기3(RS3)(704) 및 단말 장치(MS)(705)를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 무선 통신 시스템을 살펴보면, 기지국(701)-중계기 1(702)-중계기 2(703)로 구성된 유닛 1과 중계기 2(703)-중계기 3(703)-단말 장치(704)로 구성된 유닛 2로 구분할 수 있다. 즉, 각 유닛에 포함된 통신 장치는 도 1 내지 도 5에 설명된 전송 과정에 따라 데이터를 전송할 수 있다.
즉, 도 7은 다수의 중계기를 연속적으로 연결하여 기지국(701)의 셀 커버리지를 향상시킬 수 있는 멀티 홉 중계기를 본 발명에 적용한 예이다. 도 7에서 볼 수 있듯이, 도 3 및 도 6에 도시된 단말 장치(303 또는 604)의 역할을 중계기가 수행할 수 있다.
유닛 1을 기준으로 설명하면, 기지국(701)은 다운링크 시간 구간 동안 다운 링크 데이터를 중계기 1(702) 및 중계기 2(703)에 전송할 수 있다. 그리고, 중계기 2(703)는 업링크 시간 구간 동안 업링크 데이터를 중계기 1(702) 및 기지국(701)에 전송할 수 있다. 이 때, 업링크 데이터는 단말 장치(705) 및 중계기 3(704)를 통해 협력 전송된 데이터일 수 있다.
그 후에, 중계기 1(702)는 수신한 다운링크 데이터와 업링크 데이터를 코딩하여 결합된 네트워크 코딩 데이터를 생성할 수 있다. 중계기 1(702)는 생성한 네트워크 코딩 데이터를 네트워크 코딩 시간 구간 동안 기지국(701) 및 중계기 2(703)에 전송할 수 있다. 이러한 과정은 유닛 2에도 동일하게 적용될 수 있다.
그러면, 중계기 2(703)는 기지국(701)으로부터 직접 수신하는 다운링크 데이터와 중계기 1(702)을 통해 수신한 네트워크 코딩 데이터에 따라 추출된 다운링크 데이터를 수신할 수 있다. 중계기 2(703)는 수신된 다운링크 데이터를 다시 중계기 3(704) 및 단말 장치(705)에 전송함으로써 기지국(701)의 데이터 전송 범위인 셀 커버리지를 확대할 수 있다.
또한, 본 발명을 멀티 홉 중계기에 적용하는 경우, 중계기를 이용한 협력 전송에 따라 데이터 전송 이득이 증가함과 동시에 네트워크 코딩 전송에 따라 데이터 전송 자원을 절약할 수 있다.
도 1 내지 도 7에서 도시되지 아니하였으나, 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치의 동작 방법은 기지국으로부터 전송된 다운링크 데이터 및 중계기로부터 전송된 네트워크 코딩 데이터를 수신하는 단계, -상기 중계기는 하나 또는 하나 이상임- 및 상기 기지국 및 상기 중계기에 업링크 데이터를 전송하는 단계를 포함한 다. 이 때, 단말 장치 동작 방법에 있어서, 상기 기지국은 상기 다운링크 데이터를 상기 중계기에 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 중계기의 동작 방법은 기지국으로부터 전송된 다운링크 데이터 및 단말 장치로부터 전송된 업링크 데이터를 수신하는 단계, 네트워크 코딩 기법에 따라 상기 다운링크 데이터 및 상기 업링크 데이터를 코딩 하여 네트워크 코딩 데이터를 생성하는 단계 및 상기 네트워크 코딩 데이터를 상기 기지국 및 상기 단말 장치에 전송하는 단계를 포함한다. 이 때, 중계기의 동작 방법에 있어서, 상기 단말 장치는 상기 다운링크 데이터를 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 업링크 데이터를 상기 기지국에 전송할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 동작 방법은 중계기 및 단말 장치에 다운링크 데이터를 전송하는 단계 -상기 중계기는 하나 또는 하나 이상임- 및 상기 중계기로부터 전송된 네트워크 코딩 메시지 및 상기 단말 장치로부터 전송된 업링크 데이터를 수신하는 데이터 수신부를 포함한다. 이 때, 기지국의 동작 방법에 있어서, 상기 단말 장치는 상기 중계기에 업링크 데이터를 전송하고, 상기 중계기로부터 상기 네트워크 코딩 데이터를 수신할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 단말 장치, 중계기 및 기지국의 동작 방법은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨 터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 장치들을 통해 협력 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선 통신 장치들을 통해 네트워크 코딩 데이터를 전송하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국, 중계기 및 단말 장치로 구성된 무선 통신 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국, 중계기 및 단말 장치 간의 데이터의 흐름을 도시한 도면이다.
도 5는 IEEE 802.16 스타일의 네트워크에 있어 본 발명의 일실시예에 따른 프레임 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 중계기로 구성된 무선 통신 시스템에 있어 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 멀티 홉 중계기로 구성된 무선 통신 시스템에 있어 데이터 흐름을 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
301: 기지국
302: 중계기
303: 단말 장치
304: 셀 커버리지

Claims (19)

  1. 기지국으로부터 전송된 다운링크 데이터 및 중계기로부터 전송된 네트워크 코딩 데이터를 수신하는 데이터 수신부; -상기 중계기는 하나 또는 하나 이상임- 및
    상기 기지국 및 상기 중계기에 업링크 데이터를 전송하는 데이터 전송부
    를 포함하고,
    상기 기지국은,
    상기 다운링크 데이터를 상기 중계기에 전송하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중계기 및 상기 단말 장치는,
    상기 기지국의 셀 커버리지 영역 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크 코딩 데이터는,
    네트워크 코딩 기법에 따라 상기 다운링크 데이터 및 상기 업링크 데이터가 코딩되어 결합된 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 수신부는,
    제1 시간 구간 동안 상기 기지국으로부터 상기 다운링크 데이터를 수신하고,
    상기 데이터 전송부는,
    상기 제1 시간 구간과 구별되는 제2 시간 구간 동안 상기 기지국에 상기 업링크 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기지국은,
    상기 제1 시간 구간 동안 상기 중계기에 상기 다운링크 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 데이터 수신부는,
    상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간과 구별되는 제3 시간 구간 동안 상기 중계기로부터 상기 네트워크 코딩 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 단말 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 업링크 데이터를 이용하여 상기 네트워크 코딩 데이터로부터 상기 다운링크 데이터를 추출하는 데이터 추출부
    를 더 포함하는 단말 장치.
  8. 기지국으로부터 전송된 다운링크 데이터 및 단말 장치로부터 전송된 업링크 데이터를 수신하는 데이터 수신부;
    네트워크 코딩 기법에 따라 상기 다운링크 데이터 및 상기 업링크 데이터를 코딩 하여 네트워크 코딩 데이터를 생성하는 네트워크 코딩부; 및
    상기 네트워크 코딩 데이터를 상기 기지국 및 상기 단말 장치에 전송하는 데이터 전송부
    를 포함하고,
    상기 단말 장치는,
    상기 다운링크 데이터를 상기 기지국으로부터 수신하고, 상기 업링크 데이터를 상기 기지국에 전송하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중계기 및 상기 단말 장치는,
    상기 기지국의 셀 커버리지 영역 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 데이터 수신부는,
    제1 시간 구간 동안 상기 기지국으로부터 상기 다운링크 데이터를 수신하고, 상기 제1 시간 구간과 구별되는 제2 시간 구간 동안 상기 단말 장치로부터 상기 업링크 데이터를 수신하고,
    상기 데이터 전송부는,
    상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간과 구별되는 상기 제3 시간 구간 동안 상기 네트워크 코딩 데이터를 상기 기지국 및 상기 단말 장치에 전송하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단말 장치는,
    상기 제1 시간 구간 동안 상기 기지국으로부터 상기 다운링크 데이터를 수신하고, 상기 제2 시간 구간 동안 상기 업링크 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 기지국은,
    상기 다운링크 데이터를 이용하여 상기 네트워크 코딩 데이터로부터 상기 업링크 데이터를 추출하고,
    상기 단말 장치는,
    상기 업링크 데이터를 이용하여 상기 네트워크 코딩 데이터로부터 상기 다운링크 데이터를 추출하는 것을 특징으로 하는 중계기.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 중계기는,
    멀티 홉(multi-hop) 중계기 네트워크를 구성하는 적어도 하나의 중계기 중 어느 하나의 중계기이고,
    상기 단말 장치는,
    상기 멀티 홉 중계기 네트워크를 구성하는 적어도 하나의 중계기 중 다른 하나의 중계기인 것을 특징으로 하는 중계기.
  14. 중계기 및 단말 장치에 다운링크 데이터를 전송하는 데이터 전송부; -상기 중계기는 하나 또는 하나 이상임- 및
    상기 중계기로부터 전송된 네트워크 코딩 메시지 및 상기 단말 장치로부터 전송된 업링크 데이터를 수신하는 데이터 수신부
    를 포함하고,
    상기 단말 장치는,
    상기 중계기에 업링크 데이터를 전송하고, 상기 중계기로부터 상기 네트워 크 코딩 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 중계기 및 상기 단말 장치는,
    상기 기지국의 셀 커버리지 영역 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 네트워크 코딩 데이터는,
    네트워크 코딩 기법에 따라 상기 다운링크 데이터 및 상기 업링크 데이터가 코딩되어 결합된 것을 특징으로 하는 기지국.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 데이터 전송부는,
    제1 시간 구간 동안 상기 중계기 및 상기 단말 장치에 상기 다운링크 데이터를 전송하고,
    상기 데이터 수신부는,
    상기 제1 시간 구간과 구별되는 제2 시간 구간 동안 상기 단말 장치로부터 상기 업링크 데이터를 수신하고, 상기 제1 시간 구간 및 상기 제2 시간 구간과 구별되는 제3 시간 구간 동안 상기 중계기로부터 상기 네트워크 코딩 데이터를 수신 하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 중계기는,
    상기 제2 시간 구간 동안 상기 단말 장치로부터 상기 업링크 데이터를 수신하고,
    상기 단말 장치는,
    상기 제3 시간 구간 동안 상기 중계기로부터 상기 네트워크 코딩 데이터를 수신하는 것을 특징으로 하는 기지국.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 다운링크 데이터를 이용하여 상기 네트워크 코딩 데이터로부터 상기 업링크 데이터를 추출하는 데이터 추출부
    를 더 포함하는 기지국.
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