KR20090122133A - 분산 매체 접근제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 다중 경로를 사용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

분산 매체 접근제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 다중 경로를 사용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법을 개시한다.

본 발명은 분산 매체 접근 제어 (Distributed MAC)을 사용하고 지향성 안테나(Directional antenna)를 사용하여 가시 거리(Line of Sight)를 통해 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템에서 LOS를 사용하는 다이렉트 경로(direct path)와 릴레이 장치를 경유하는 릴레이 경로(relay path)를 포함하는 다중 경로 중에서 가장 좋은 채널의 경로를 선택하여 데이터를 전송하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

LOS(Line of Sight), 릴레이 경로, 분산 매체 접근 제어

Description

분산 매체 접근제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 다중 경로를 사용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for Transmitting and Receiving Data using multi-path in Wireless Communication System of Distributed MAC}

본 발명은 분산 매체 접근제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 다중 경로를 사용한 데이터 송수신 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 분산 매체 접근 제어 (Distributed MAC)을 사용하고 지향성 안테나(Directional antenna)를 사용하여 가시 거리(Line of Sight)를 통해 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템에서 LOS를 사용하는 다이렉트 경로(direct path)와 릴레이 장치를 경유하는 릴레이 경로(relay path)를 포함하는 다중 경로 중에서 가장 좋은 채널의 경로를 선택하여 데이터를 전송하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-S-002-02, 과제명: Multi-Gigabit 무선인터페이스 기술 개발].

채널 특성 상 무지향성 안테나(Omni antenna) 보다는 지향성 안테 나(Directional antenna)를 사용하는 60 GHz 이나 THz대역을 사용하고 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선 통신 시스템에서 사용중인 경로의 채널이 사람 혹은 장애물 등에 의해 차단되는 경우 채널 상태가 극도로 악화되어 통신이 두절되는 경우가 발생한다. 물론 이 경우 사람 혹은 장애물이 영구히 존재하지 않고 움직이기 때문에 통신 두절 상태가 바로 해소될 수는 있지만, 60 GHz 대역의 무선 통신 시스템의 경우 3 Gbps급의 고속으로 데이터를 교환하기 때문에 아주 짧은 시간이라 하여도 아주 심각한 문제를 초래하게 된다. 따라서 지향성 안테나를 사용하는 60GHz 대역의 무선 통신 시스템의 가시 선상에 사람 혹은 장애물이 존재하여도 데이터 교환이 차단되지 않고 원활하게 데이터를 교환할 수 있는 방법이 절실히 필요한 실정이다.

또한 다이렉트 경로가 두절된 경우만 아니라 채널 상태가 나빠진 경우에 데이터 전송율이 떨어지기 때문에 릴레이 경로를 통해 데이터를 전송하도록 한다. 다중 경로를 통한 데이터 전송 개념을 확장하면 송수신기는 여러 경로들 중에서 가장 상태가 좋은 경로로 데이터를 전송할 수 있게 된다.

또한 지향성 안테나를 사용하면, 송수신 장치간의 통신이 또 다른 송수신 장치간의 통신으로부터 간섭을 주지 않거나, 간섭을 받지 않는 한 동시에 데이터를 보낼 수 있는 공간적 재사용(spatial reuse)이 가능하다. 특히 분산 매체 접근 제어를 사용할 경우, 송수신 장치는 간섭이 없는지를 확인한 후에는 중앙 코디네이터(coordinator)없이 자연스럽게 자신이 필요한 자원을 할당하여 사용할 수 있게 된다. 따라서 분산 매체 접근 제어하에서 무지향성 안테나를 사용하여 릴레이 장치 를 설정하고 데이터 전송시에는 지향성 안테나를 사용하여 릴레이 장치를 경유하여 데이터 전송이 가능하게끔 해주는 메커니즘이 필요하다.

종래의 릴레이 장치를 사용하는 방법으로는 지향성 안테나를 사용하여 경로 별로 데이터 수신 확인 제어 (ACK) 신호를 근거로 하여 경로가 두절되었음을 판별하여 다른 경로를 사용하는 방법이 있다.

그러나, 종래의 릴레이 장치를 사용하는 방법은, ACK 신호를 근거로 하기 때문에 ACK신호 전달은 가능하나 채널 상태가 나빠져 원하는 rate의 데이터 전송이 불가능할 때 적용할 수 없고, 설정한 다중 경로 중에서 가장 채널 상태가 좋은 경로로 데이터를 전송할 수 없다.

따라서, 본 발명의 실시 예들은 분산 매체 접근 제어 (Distributed MAC)을 사용하고 지향성 안테나(Directional antenna)를 사용하여 가시 거리(Line of Sight, LOS)를 통해 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템에서, LOS를 통한 데이터 전송이 어려워 졌을 때나, LOS가 봉쇄되었거나 채널이 좋지 않아 필요한 data rate를 달성하지 못할 때를 대비하여, 직접 경로 및 릴레이 경로를 포함하여 가장 좋은 채널 상태(channel status)를 가지는 경로를 통하여 데이터를 전송하기 위한 장치 및 그 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시 예들은 직접 경로 및 릴레이 경로를 포함하여 가장 좋은 채널 상태(channel status)를 가지는 경로를 선택하기 위한 각 경로의 링크 퀄리티 인디케이션(LQI; Link Quality Indication) 정보를 획득하는 장치 및 그 방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따른 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 방법은, 안테나 트레이닝 과정에서 설정된 모드 및 안테나 트레이닝 과정에서 설정된 데이터 송수신 경로를 통하여 릴레이 장치 또는 데스티네이션 디바이스와 데이터를 송수신하는 단계와, 상기 안테나 트레이닝 과정에서 설정된 데이터 송수신 경로의 전환 사유가 발생하였는지를 판단하는 단계와, 데이터 송수신 경로의 전환 사유가 발생하면, 사용 가능한 또는 채널 상태 정보가 더 좋은 데이터 송수신 경로로 데이터 송수신 경로를 전환하는 단계 및 전환된 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터 송수신을 수행하되, 이전 데이터 송수신 경로의 사용 가능 여부를 주기적으로 확인하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 장치는, 릴레이 장치 및 데스티네이션 디바이스와 링크 설정을 위한 연결(association)을 관리하는 연결(association) 관리부와, 상기 릴레이 장치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 릴레이 예약 과정을 수행하는 릴레이 예약 관리부와, 다이렉트 경로와 릴레이 경로 중에서 어떤 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 전송할 지를 결정하는 데이터 송수신 경로 선택부와, 다이렉트 경로 및 릴레이 경로의 데이터 채널 상태를 관리하는 채널 상태 관리부 및 선택된 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 송수신하는 통신부를 포함한다.

본 발명의 실시 예들에 따르면, 릴레이 장치를 경유한 하나 이상의 다중 경로를 설정함으로써, LOS 경로가 차단된다 하더라도 데이터 송수신은 원할하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명한다.

본 발명의 실시 예들은, 60 GHz 이나 THz 대역의 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들은, 분산 매체 접근 제어 (Distributed MAC)을 사용하고 지향성 안테나(Directional antenna)를 사용하여 가시 거리(Line of Sight, LOS)를 통해 데이터를 전송하는 무선 통신 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들은 와이미디어(WiMedia) 무선 매체 접근 제어 기술에 기반하여 LOS가 장애물이 존재하여 차단되었을 경우에도 데이터를 원할하게 송수신 할 수 있는 기술을 제공한다.

먼저, 본 발명의 실시 예들이 적용될 수 있는 와이미디어 무선 매체 접근 제어 기술에 대하여 간략하게 살펴본다.

와이미디어의 무선매체접근제어(Distributed Medium Access Control For Wireless Networks)는 기본적으로 fully distributed 되어 있으며, 센트럴 코디네이터(central coordinator)가 존재하지 않는다. WiMedia MAC(와이미디어의 무선매체접근제어)에는 DRP(distributed reservation protocol, 분산 예약 규약)와 PCA (prioritized contention access, 우선 순위 경쟁 접속)의 두 가지 매체접근제어 방식이 존재한다. DRP(distributed reservation protocol, 분산 예약 규약) 방식은 각 장치가 BP(Beacon Period, 비콘 구간)내에서 비콘을 교환하여 beacon group(비콘 그룹) 또는 extended beacon group(확장형 비콘 그룹)을 형성함으로써 그 그룹 내에서는 contention-free reservation(비경쟁모드예약) 데이터 통신이 가능하도록 하는 방법이다. 본 발명의 일 실시 예에서 사용하고자 하는 와이미디어 무선매체접근제어의 방법은 DRP(분산 예약 프로토콜)을 사용한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 매체 접근제어를 사용하는 무선통신 시스템을 설명하기 위한 예를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템(100)은 소스 디바이스에 해당하는 제1 송수신 장치(101), 이웃 디바이스에 해당하는 제2 송수신 장치(103) 및 릴레이 장치(105)를 포함한다.

종래 기술에 따른 무선 통신 시스템은 가시 선상에 위치하는 안테나(107)과 안테나(111)를 통한 다이렉트 경로(113) 만을 이용하여 두 송수신 장치간에 데이터를 교환한다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템(100)은, 가시 선상에 형성되는 다이렉트 경로와 함께 별도의 안테나(109)와 특별한 릴레이 장치(105)를 이용하여 릴레이 경로(115, 117)를 구성한다. 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 장치(105)는 릴레이 경로(115, 117)를 통해 송수신되는 데이터와 다이렉트 경로(113)를 통해 송수신되는 데이터 간에 충돌을 회피할 수 있도록 증폭-전달(amplify-and-forward) 방식으로 동작할 수 있다.

한편, 다중경로를 이용한 데이터 송수신을 위해서는 경로 설정 및 안테나 트레이닝(antenna training) 등의 초기화 작업이 필요하다. 초기화 작업을 설명하기에 앞서, 먼저 본 발명의 실시예들이 적용되는 무선통신시스템에서 각 디바이스의 요구 사항에 대하여 살펴본다.

<1. 각 디바이스의 요구 사항>

도 1에서 통신하고자 하는 두 디바이스(101, 103)는 전방향 전송을 지원할 수 있는 sector antenna 또는 array antenna을 구비하고 있다. 왜냐하면 디바이스 디스커버리(device discovery)를 수행하기 전에는 이웃 디바이스가 어느 곳에 위치하는 지를 알 수 없기 때문에, 소스 디바이스(101)는 비컨 (beacon)의 전방향 전송을 통해 자신의 존재를 이웃 디바이스(103)에게 알릴 필요가 있기 때문이다.

또한 두 디바이스(101, 103)는 beacon 전송이 아닌 data 전송의 경우에는 전방향이 아닌 특정 방향으로만 데이터 전송을 수행한다. 이때, 두 디바이스(101, 103)는 전방향 (omni-directional) 전송과 특정방향(directional) 전송을 구분하기 위하여, 전방향 전송이 가능한 discovery channel과 특정 방향으로만 전송이 가능한 data channel로 구분하고, 각 채널에서 protocol을 달리 사용한다. 두 디바이스(101, 103)는 Discovery channel을 통하여 디바이스의 discovery와 antenna training를 수행한다. 그리고, 두 디바이스(101, 103)는 data channel에서는 antenna training으로 형성된 방향으로 directional하게 데이터를 전송하거나 비콘과 같은 control/command frame을 전송한다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신은 전송이득을 높여 throughput이 높아지고, 또한 spatial reuse이 가능하다.

<2. 릴레이 장치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 링크 설정 과정>

본 발명의 실시 예에서 데이터 송수신 장치는 초기화 작업으로써, 릴레이 장 치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 링크 설정 과정을 수행한다. 한편, 하기의 설명에 있어서, 각 과정을 시작하는 디바이스는 소스 디바이스(source device)라 칭한다. 또한, 소스 디바이스가 데이터를 송수신하고자 하는 디바이스는 데스티네이션 디바이스(destination device)라 칭한다. 또한, 데스티네이션 디바이스는 소스 디바이스 근처에 존재하는 여러 이웃 디바이스(neighbor device)들 중 어느 한 디바이스이다.

(1) association 과정

소스 디바이스는 비콘을 보내기 전에 이웃 디바이스의 비콘을 듣는다. 소스 디바이스는 비콘을 이웃 디바이스로부터 수신하면, 수신된 비콘을 디코딩하고 응답 비콘을 생성한다. 이때, 소스 디바이스는 응답 비콘의 시작 위치를 가리키는 pointer와 구간의 길이를 가리키는 interval 필드를 수신된 비콘으로부터 알아내고, 응답 비콘을 보내도록 정해놓은 구간동안 응답 비콘을 전송한다. 이때, Discovery channel의 매체접속 방법은 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)을 사용하기 때문에, 비콘 전송에 충돌이 발생하면 비콘을 전송한 디바이스는 backoff 한 후 다시 비콘 전송을 시도할 수 있다. 이 후, 소스 디바이스는 device discovery가 된 이웃 디바이스 중에서 association을 하고자 하는 데스티네이션 디바이스에게 association을 위한 command frame을 보내고, 데스티네이션 디바이스가 association을 위한 command frame에 응답하면 한 쌍의 디바이스에 대한 association은 완료된다. 만일, 소스 디바이스는 어떤 비콘도 듣지 못하였으면, 자신이 비콘을 보낸다. 이 때, 소스 디바이스가 relay link를 사용하고자 하면 이를 데스티네이션 디바이스나 릴레이 장치에게 알릴 필요가 있다. 우선, 소스 디바이스는 direct link (LOS 방향의 link) 뿐만 아니라 임의의 방향에 존재할 수 있는 릴레이 장치를 향하는 방향의 link로도 데이터를 전송할 수 있어야 하므로 빔 형성이 가능한 안테나나 또는 여러 방향으로 데이터를 보낼 수 있는 multi-sector 안테나가 필요하다. 이러한 조건이 충족 되어진 소스 디바이스는 relay link를 사용할 수 있고, relay link를 사용하고자 하면 소스 디바이스는 relay link의 사용을 릴레이 장치 및 데스티네이션 디바이스에 알리게 된다. relay link의 사용을 알리는 하나의 방법으로서, 소스 디바이스는 MAC Capability IE (Information Element) 의 릴레이 가능 여부를 지시하는 필드를 사용할 수 있다.

도 2는 와이미디어의 무선매체접근제어서 MAC Capability IE를 나타내며, 도 3은 도 2에 도시된 MAC Capability IE의 bitmap 포맷을 나타내며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, MAC Capability IE의 bitmap에 추가된 두 개의 필드를 나타낸다.

도 4를 참조하면, Relay Capability 필드(401)는 Type A 디바이스가 릴레이 기능을 수행할 수 있는지 여부를 나타내며, 릴레이 기능을 수행할 수 있는 경우 1로 설정된다. 이때, Type A 디바이스는 분산 방식 매체 접근 제어 프로토콜을 사용하는 무선 통신 시스템에서 안테나 트레이닝을 지원하고 통신거리가 10미터 정도인 디바이스를 의미한다. Relay Support Capability 필드(403)는 Type A 디바이스 이외의 디바이스가 릴레이 링크를 사용하여 데이터 교환을 수행할 수 있는지 여부를 나타낸다. Relay Support Capability 필드(403)의 값은, 릴레이 링크를 사용하여 데이터 교환을 수행할 수 있는 경우에 1로 설정된다. 만일, 도 4에 도시된 두 개의 필드를 사용하지 않는 경우에는, 릴레이 기능을 수행할 수 없는 것으로 간주한다.

소스 디바이스는 Relay Support Capability 필드(403)를 1로 설정한 후, Relay Support Capability 필드(403)를 포함하는 비컨을 브로드캐스트한다. 비컨을 수신한 데스티네이션 디바이스 역시 relay link를 지원(support)할 수 있으면, 같은 방법으로 Relay Support Capability 필드(403)를 1로 설정하고 비콘을 소스 디바이스로 전송한다. 릴레이 장치도 수신한 비콘이 Relay Support Capability Field가 1로 설정된 경우에만 Relay Capability Field를 1로 설정한다.

(2) 릴레이 예약 과정

상기 (1)의 association 과정에서, association 과정을 수행한 한 쌍의 디바이스가 모두 릴레이 사용가능하고, 네트워크 내에 릴레이 장치가 존재하면, 소스 디바이스 및 릴레이 장치는 릴레이 예약 과정을 수행한다. 소스 디바이스는 릴레이 장치를 사용하기 위해 릴레이 장치에게 릴레이 장치의 사용이 가능한지를 알기 위한 command frame을 전송한다. 소스 디바이스는 릴레이 장치의 사용이 가능한지를 알기 위한 command frame 대한 response frame을 받아야 한다. 또한 릴레이 장치는 소스 디바이스로부터 릴레이 장치의 사용이 가능한지 요청하는 command frame을 받았을 때 릴레이 장치가 사용 가능 하면, 응답을 보내고, 릴레이 장치를 association 과정을 수행한 한 쌍의 디바이스를 위해 예약해 둔다. 이후 릴레이 장 치가 다른 쌍의 디바이스의 중계를 지원할 수 있는지 여부는 남아있는 자원에 따라 달라 질 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 릴레이 장치가 한 쌍의 디바이스만 지원하며, 처음 릴레이 예약을 요청한 디바이스만 중계한다고 가정한다. 이 경우 한 쌍의 디바이스의 중계가 예약되면 다른 쌍의 디바이스는 지원할 수 없으므로 다른 디바이스로부터 Relay Support Capability Field 가 1로 설정된 비콘을 수신하거나 혹은 중계 요청 command frame을 수신하여도 이에 대해 응답하지 않는다.

여기서, 릴레이 장치의 사용이 가능한지 요청하는 command frame과 같이, 릴레이 동작 절차를 위해 필요한 릴레이 관련 정보를 새로이 정의할 필요가 있다. 본 발명의 실시 예에서는, 릴레이 IE 라는 새로운 IE를 정의한다. 릴레이 IE는 비콘 혹은 릴레이 IE를 위한 command frame을 통해 전달된다. 이러한 relay IE는 도 2의 information element중 하나를 사용해 새로이 정의한다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 relay IE의 포맷을 나타내고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 Relay command type을 나타낸다.

이때, 도 5에 도시된 relay IE는 릴레이 예약(Relay Reservation), Relay set, Relay complete, Relay switch와 같은 릴레이 동작을 수행하기 위한 command 요청 및 response 시에 사용될 수 있다.

도 5를 참조하면, relay IE는 Relay Commend Type 필드(501)를 포함하고, 도 6에 도시된 바와 같이, Relay Commend Type 필드의 값에 따라서 Command Type을 설정할 수 있다. 도 5에서, R-D Link LQI 필드(503)는 릴레이 장치와 데스티네이션 디바이스 간의 LQI 값을 지시하기 위한 필드이다. 이때, R-D Link LQI 필드(503) 는 데스티네이션 디바이스가 소스 디바이스로 릴레이-데스티네이션 링크의 LQI를 알려 주기 위하여 사용될 수 있다. 도 5에서, Relay Mode 필드(505)는 전송 모드를 지시하기 위한 필드이다. 그리고, 도 5에서, Path Change Interval 필드(507)는 전송 모드를 설정할 때 함께 설정되고, 언제 데이터 송수신 경로를 변경(change)하여야 하는 지를 지시하기 위한 필드이다.

한편, 릴레이 장치의 사용이 가능한지 요청하는 command frame은 도 6의 command type 0인 Relay Reservation Request Command Frame에 해당한다. 소스 디바이스는 릴레이 장치에게 어떤 한 쌍의 디바이스와 association하는 지를 알리기 위하여, 도 5의 relay IE에 source ID와 destination ID를 정하여 릴레이 장치로 전송한다. 릴레이 장치는 도 6의 Relay Reservation Response Command Frame을 소스 디바이스로 전송한다.

(3) 소스-데스티네이션 간의 안테나 트레이닝 과정

안테나 트레이닝은, 통신 장치간에 설정된 링크 퍼포먼스(link performance)를 최대화 하기 위하여 안테나 파라미터 등을 교환하는 과정을 의미한다. 일반적으로, 안테나 트레이닝을 수행하는 통신 장치는, 안테나 트레이닝 과정을 통하여 섹터를 선택하거나 송신 및 수신 빔 패턴을 조정할 수 있다.

먼저 소스 디바이스 및 데스티네이션 디바이스는 안테나 트레이닝을 수행한다. 이때, 소스 디바이스와 데스티네이션 디바이스 간의 안테나 트레이닝은, 릴레이 장치가 없을 때 행해지는 종래의 안테나 트레이닝과 동일하게 행해진다. 이때, 소스 디바이스 및 데스티네이션 디바이스는 안테나 트레이닝 과정 동안에 다른 디바이스가 보내는 비콘으로 인한 간섭을 피하기 위하여 RTT (Request To Train) /CTT (Clear To Train)을 통해 training sequence의 송수신을 위한 구간을 예약하고 이를 안테나 트레이닝 전에 알리는 과정을 진행한다.

여기에 릴레이 장치와 형성되는 두 개의 링크에 대한 안테나 트레이닝까지 예약하기 위해 기존 예약 구간(한 쌍의 training sequence를 송수신하기 위해 필요한 시간의 4배) 보다 3배의 구간을 예약할 수 있다. 보다 정확하게는, 안테나 트레이닝을 수행하기 위하여 삽입되는 command frame과 RTT/CTT까지 고려하여 예약을 할 수도 있다.

(4) 소스-릴레이 간의 안테나 트레이닝 과정

소스 디바이스는 데스티네이션 디바이스와 안테나 트레이닝이 끝나면, 릴레이 장치와의 안테나 트레이닝을 수행하기 전에 도 6의 Relay Set request command frame을 릴레이 IE를 이용해서 릴레이 장치에게 보내게 된다. 즉, 소스 디바이스는 도 5에서 Relay command type 값을 '2'로 설정된 릴레이 IE를 릴레이 장치로 전송한다. 이때, 릴레이 IE는 도 7의 relay mode 정보를 포함하며, relay mode정보는 데이터 전송을 할 때 normal mode와 alternative mode중에 하나를 선택함을 의미한다. 도 8은 도 7에 도시된 link order 필드 타입을 나타낸다.

이때, normal mode는 하나의 경로를 경유하여 데이터를 송수신하는 모드이다. 예를 들어, 전송 모드가 normal mode 이고 다이렉트 경로를 사용하는 경우, 디 바이스는 다이렉트 경로가 차단되거나 채널 불능(channel degradation) 등이 발생하지 않는한 계속하여 다이렉트 경로를 통하여 데이터를 송수신한다.

Alternative mode는 시분할 방식을 이용하여 데이터 송수신 경로를 번갈아 사용하는 모드이다. 이때, Path Change Interval 내에서는 소스 디바이스는 단지 하나의 데이터 송수신 경로만을 사용하여 데이터를 송수신할 수 있다. Path Change Interval은 MAS 단위의 시간 구간(time duration)을 나타내고, 소스 디바이스는 도 5에 도시된 Relay Mode 필드(505) 및 Path Change Interval 필드(507)를 이용하여 데스티네이션 디바이스 및 릴레이 장치에게 Alternative mode에 필요한 정보를 전송할 수 있다.

릴레이 장치는 릴레이 IE를 도 6의 Relay Set Response Command Frame 으로 설정하고, 소스 디바이스에게 응답한다. 이후, 소스 디바이스는 RTT에 antenna training시 보호를 위한 duration field를 상기 기존 예약 기간보다 2배로 설정하여 릴레이 장치로 전송한다. 소스 디바이스는 릴레이 장치로부터 CTT를 수신하면, 릴레이 장치와 안테나 트레이닝을 수행한다.

(5) 데이터 송수신 경로 선택 과정

소스 디바이스는, 릴레이 장치와의 안테나 트레이닝 후에, 릴레이 장치를 통한 두 개의 링크가 설정 완료되었는지를 확신하기 위해서, 데스티네이션 디바이스로 도 6의 Relay Complete Request Command Frame 을 전송한다. 이때, 도 6의 Relay Complete Request Command Frame에 도 7의 relay mode 정보도 포함하여 전송 한다.

데스티네이션 디바이스는, Relay Complete Request Command Frame을 수신하면, RTT의 duration field를 기존 길이와 동일하게 설정하여 릴레이 장치로 전송한다. 데스티네이션 디바이스는, 릴레이 장치로부터 CTT를 수신하면, 릴레이 장치와의 안테나 트레이닝을 수행한다.

데스티네이션 디바이스와 릴레이 장치 간의 안테나 트레이닝이 완료되면, 데스티네이션 디바이스는 도 6의 Relay Complete Response Command Frame을 소스 디바이스로 전송한다. 이때, Relay Complete Response Command Frame은, 릴레이 장치와 데스티네이션 디바이스 간의 LQI 정보를 포함한다. 즉, Relay Complete Response Command Frame은 도 5의 R-D Link LQI 필드(503)를 포함할 수 있고, 이때, R-D Link LQI 필드(503)는 릴레이 장치와 데스티네이션 디바이스 간의 LQI 값을 갖는다.

소스 디바이스는 데스티네이션 디바이스로부터 Relay Complete Response Command Frame을 수신하면, 다이렉트 경로와 릴레이 경로 중에서 어떤 경로로 데이터를 전송할 지를 결정할 수 있다. 먼저, 소스 디바이스는 릴레이 경로를 구성하는 두 개의 링크(소스-릴레이 링크, 릴레이-데스티네이션 링크)를 통해서 릴레이 경로의 채널 상태 정보를 계산할 수 있다.

여기서, 소스 디바이스는 소스 디바이스와 릴레이 장치 간의 LQI는 빔-형성 과정의 결과로서 알 수 있고, 릴레이 장치와 데스터네이션 디바이스 간의 LQI는 릴레이-데스티네이션(R-D) Link LQI 필드를 통하여 획득할 수 있다. 또한, S-L Link LQI 및 R-D Link LQI를 사용하여 채널 상태를 결정하는 알고리즘은 다양한 방법으로 결정될 수 있다. 간단한 예로서, S-L Link LQI 및 R-D Link LQI 중에 더 나쁜 링크를 나타내는 값을 릴레이 경로의 채널 상태로 결정할 수 있다. 소스 디바이스는 릴레이 경로의 채널 상태 정보와 다이렉트 경로의 LQI정보를 비교하여 더 좋은 채널 상태를 가지는 경로로 데이터를 전송할 수 있다.

소스 디바이스는 만일, alternative 모드로 동작하고 있다면, 각 경로에 적합한 MCS(Medium Access Slot)를 결정할 수 있다. 또한, 소스 디바이스는, 다이렉트 경로의 빔-형성 절차가 실패하여 채널상태를 구할 수 없는 경우에도, 릴레이 경로의 두 개의 링크의 빔-형성이 성공하면 릴레이 경로로 데이터를 전송할 수 있다. 결론적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 통신 하고자 하는 두 디바이스 사이의 거리가 멀거나 채널 상태가 좋지 않아 LOS 경로가 형성되지 않아 기존의 통신으로는 통신이 불가능한 경우에, 두 디바이스는 릴레이 장치를 통한 릴레이 경로로 데이터를 송수신할 수 있도록 함으로써, 기존 시스템의 커버리지를 확장하는 효과를 가져올 수 있다.

(6) 채널 스캔 과정

소스 디바이스는 데스티네이션 디바이스, 릴레이 장치와 함께 디스커버리 채널에서 데이터 채널로 전환하여, 데이터 전송이 가능한지를 판단하기 위하여 채널 스캔을 수행한다. 채널 스캔 과정은 데이터 채널로 이동하여 상기 안테나 트레이닝 된 방향으로 신호를 듣는 과정이다. 채널 스캔 과정에서 각 디바이스는 최소 하나의 superframe 이상의 구간 동안 신호를 sensing한다. 만약 신호가 감지되지 않으면 그 채널은 해당 방향으로 앞선 데이터 통신이 없다고 가정하고, 소스 디바이스와 데스티네이션 디바이스 중 하나가 BP (beacon period)를 시작한다. 이후, 각 디바이스는 BP 내에서 DRP reservation을 위해 DRP negotiation 과정을 수행하고, 비콘에 DRP를 할당하여 data 전송을 준비한다. 릴레이 장치를 사용하는 경우에는, 릴레이 장치를 경유한 링크 방향에 대해서도 채널 listen과정이 필요하다. 따라서 각 디바이스는 해당 디바이스에 형성된 2개의 방향 모두에 대해 채널 listen을 수행한다. 6개 모두의 방향으로의 신호 감지가 되지 않은 경우에 대해서만 해당 채널을 사용할 수 있다고 간주한다. 그렇지 않고 어느 한 방향에서라도 신호가 감지된 경우는 다른 채널로 이동하여 채널 스캔 과정을 되풀이 한다.

<3. 링크 설정 이후의 동작>

릴레이 장치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 링크 설정 과정이 완료되면, 소스 디바이스, 데스티네이션 디바이스, 릴레이 장치는 데이터 채널에서 superframe을 형성하고 비콘 구간 (beacon period)에서는 비콘을 송수신한다. 데이터 채널에서, 각 디바이스는 directional 하게 frame을 전송한다. 따라서, 비콘 슬롯은 전송 방향에 따라 각각 2개씩 할당될 필요가 있다. 이점은 종래의 와이미디어의 매체접속제어와 다른 점이다. 이때, 소스 디바이스는 데스티네이션 디바이스 및 릴레이 장치와 DRP IE를 사용하여 DRP negotiation을 수행한다. 소스 디바이스는 디바이스는 데스티네이션 디바이스 및 릴레이 장치로부터 모두 accepted 되면 비콘 그룹에 있는 디바이스로 announce한다. 릴레이 장치는 DRP 관련된 IE에 Target/Owner DevAddr가 이미 association한 소스 디바이스, 데스티네이션 디바이스와 일치하면, 이후 DRP reservation 에 의한 MAS(Medium Access Slot)로 이동하여 소스 디바이스, 데스티네이션 디바이스의 데이터 전송을 중계할 수 있다.

<4. 사용중인 데이터 송수신 경로가 유효한지 여부의 판단>

한편, DRP 구간에서는 안테나 트레이닝후에 정해진 모드와 경로로 데이터를 교환한다. 이때 사용중인 데이터 송수신 경로가 유효한지 여부를 다음의 두가지 방법으로 결정할 수 있다.

첫번째는 기본적으로 소스 디바이스가 보낸 data frame에 대한 ACK frame이 수신되었느냐에 따라 결정하는 방법이다.

두번째는 채널 status을 사용하여 soft하게 결정하는 방법이다. 즉, 두 번째 방법은, link feedback request/response command를 사용하여 response command에 포함된 LQI field의 SNR값이나 RSSI값 등의 채널 상황을 나타내는 정보를 미리 정한 문턱값과 비교하고, 사용중인 경로의 차단 여부를 결정하는 방법이다.

두번째 방법의 확장으로서, ACK policy가 delayed ACK이나 block ACK인 경우, subframe data가 깨진 것을 나타내는 재전송 요구 subframe 비율이나 FER (frame error rate)을 미리 정한 문턱값과 비교하여, 사용중인 경로의 유효 여부를 결정할 수도 있다.

또한, 위 두 가지 방법을 모두 사용하여 경로 유효성을 결정할 수도 있으 며, 재전송 규칙이 있을 경우 위와 연동하여 사용할 수도 있다.

소스 디바이스는 상기한 방법에 따라 사용중인 경로가 유효하지 않은 것으로 간주되면 경로 전환을 실행할 수 있다. 첫번째 방법의 경우 normal mode이면 available 한 link list중 정해진 규칙에 따라 택해진 경로로 데이터를 전송한다. Alternative mode이면 link order field의 다음 순서로 정해진 경로로 전환하여 ACK을 수신 못한 데이터를 재전송한다. 두번째 방법의 경우 데이터 교환이 가능하므로 송수신 디바이스는 사용중인 경로로 전환하고자 하는 경로 link ID를 적어 relay switch command를 교환함으로써 경로를 결정한다. 따라서 두번째 방법에서는 implicit 방법을 사용할 수 없으며 command frame을 이용한 explicit 방법만을 사용할 수 있다.

<5. 링크 Feedback 과정>

릴레이 장치를 경유한 데이터 송수신은, 다이렉트 경로를 통한 데이터 송수신과 달리, 채널 상태에 따라 적응적으로 modulation 과 coding 을 변화시켜주기 위하여 두 링크(소스-릴레이 링크, 릴레이-데스트네이션 링크)의 LQI가 필요하다.

한편, 릴레이 장치는, 데이터 전송 시 amplify-and-forward 방식으로 동작한다. 따라서, 다이렉트 경로에서 사용하는 방법을 그대로 릴레이 경로에 적용하면, 각 디바이스는 두 링크의 상태와 릴레이에서의 gain이 합쳐진 정보를 얻기 때문에 부정확한 동작을 하게 된다. 이를 해결하기 위하여, 도 9과 같은 프레임 포맷을 가지는 link feedback request/response command frame을 사용한다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른, link feedback command 프레임 포맷을 나타낸다.

도 9를 참조하면, 소스 디바이스는 link feedback request command 프레임을 데스티네이션 디바이스로 전송하고, 데스티네이션 디바이스는 link quality status 값을 link feedback response command에 실어 소스 디바이스로 전송한다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 링크 피드백 과정을 나타낸다.

도 10을 참조하면, 소스 디바이스는 릴레이 경로의 채널 상태 정보를 알고자 하는 경우에, 릴레이 장치에게 link feedback request command를 보낸다(S1010). link feedback request command를 수신한 릴레이 장치는 다른 link feedback request command를 데스터네이션 디바이스에게 보내며(S1020), 소스 디바이스와 릴레이 장치 간의 LQI를 계산한다. 데스티네이션 디바이스는 Link feedback request command에 대한 응답으로서, 릴레이 장치에게 릴레이 장치와 데스터네이션 디바이스 간의 LQI를 포함하여 link feedback response command를 보낸다(S1030). 릴레이 장치는 데스티네이션 디바이스로부터 link feedback response command를 수신하면, 소스 디바이스에게 소스와 릴레이 간의 LQI와 릴레이와 데스터네이션 간 LQI 중 나쁜 링크의 LQI정보를 포함하여 link feedback response command를 보낸다(S1040).

<6. 데이터 송수신 경로 전환 구간>

소스 디바이스와 데스티네이션 디바이스는 데이터 채널에서 경로가 차단되 었을 때, 다른 경로로 전환하여 데이터를 송수신할 수 있다. 이때 두 디바이스는 각 디바이스에 구비된 local timer가 timeout이 발생하면, 데이터 송수신 경로를 변경한다. 여기서, 데이터 송수신 경로를 변경하는 시간은 서로 상이하기 때문에, 두 디바이스 간의 동기 문제(sync problem)가 발생할 수 있다. 즉, 소스 디바이스가 전환된 데이터 송수신 경로에서 보낸 데이터를 데스티네이션 디바이스가 수신하지 못할 수 있다.

동기화 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에서 데이터 송수신 경로은 전환은, 소스 디바이스, 릴레이 장치 및 데스티네이션 디바이스가 사용하기 위해 예약한 MASs 중 정해진 주기에 해당하는 MAS에서만 허용한다. 여기서, 정해진 주기는 Path Change Interval이라는 값을 소스 디바이스가 데이터 전송 전에 릴레이 장치와 데스티네이션 디바이스에게 알려줌으로써 공유할 수 있다.

먼저, 데이터 송신 모드(Transmission Mode)는 Alternation Mode가 설정된 경우를 가정한다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 Alternation 모드에서의 데이터 전송 예를 나타낸다. Alternation 모드는 사용중인 경로를 번갈아가며 데이터를 전송하는 모드를 의미한다. 이때, 번갈아 가는 주기가 Path Change Interval에 의해 결정 된다. 도 11을 참조하면, Path Change Interval은 3MASs이고, Path Change Interval 마다 무조건 경로를 전환하여 데이터를 전송하기 때문에, 이전 데이터가 제대로 전달되지 않은 경우 바뀐 경로에서 소스 디바이스는 이전 데이터를 재전송한다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 Normal 모드 에서의 데이터 전송 예를 나타낸다. Normal Mode인 경우는, 사용중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태가 나쁘거나 blocking이 발생하지 않는 한, 사용중인 데이터 송수신 경로를 전환하지 않는다. 그러나 데이터 송수신 경로의 전환사유가 발생하면, 소스 장치는 다음 Path Change Interval에서 데이터 송수신 경로를 전환하고, 전환된 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 전송한다. 이때, 데스티네이션 디바이스는 데이터 송수신 경로의 전환을 알지 못할 수 가 있다. 따라서, 소스장치는 다음 Path change Interval에서 바로 데이터를 전송하지 않고 일정 시간이 지난 후에 데이터를 전송한다. 이때, 데스티네이션 디바이스는 next Path change interval에서 데이터 송수신 경로의 전환이 발생한지 알지 못하고, 이전 데이터 송수신 경로에서 대기하고 있다. 그런데 일정 시간이 지나도 데이터가 수신되지 않기 때문에, 데스티네이션은 데이터 송수신 경로를 전환한다. 여기서, 두 디바이스간의 sync를 맞추기 위하여 데스티네이션 디바이스는 data sensing time이라고 정의된 일정 시간이 지난 후에 데이터 송수신 경로를 전환하며, 소스 디바이스는 data sensing time과 switching time을 고려한 시간이 경과한 후에 데이터를 전송한다. 이에 따라서, 데스티네이션 디바이스는 전환된 데이터 송수신 경로에서 먼저 대기하고 있으므로, 소스 디바이스와 동기를 맞출 수 있다.

<7. 미사용 중인 데이터 송수신 경로의 스캔>

소스 디바이스는, 데이터 송수신 경로를 다이렉트 경로에서 릴레이 경로로 전환하거나 반대로 전환했을 경우, 이전 데이터 송수신 경로의 사용 가능 여부를 확인하기 위한 timer를 실행한다. 소스 디바이스는 타이머를 사용하여, 미사용 중인 경로가 사용가능한지 여부를 주기적으로 확인 한다. 이때 미사용 경로가 릴레이 경로이면, 소스 디바이스는 상기한 'link feedback 과정' 중 relay link feedback 과정을 통하여 채널 상태 정보를 획득 한다. 만일, 미사용 경로가 다이렉트 경로이면, 도 9에 도시된 link feedback request/response command 를 사용한다. 여기서, 미사용 경로의 채널 상태 정보가 현재 사용중인 경로의 채널 상태 정보 보다 좋으면, 소스 디바이스는 미사용 경로로 데이터 송수신 경로를 전환할 수 있다. 그렇지 않다면 소스 디바이스는 현재의 데이터 송수신 경로에서 데이터 전송을 계속한다.

<8. 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신 장치의 구성 예>

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신 장치의 구성예를 나타낸다. 도 13의 데이터 송수신 장치(1300)는 도 1의 제1 데이터 송수신 장치(101) 및 제2 데이터 송수신 장치(103)에 적용될 수 있다.

도 13을 참조하면, 데이터 송수신 장치(1300)는, 데이터 송수신 장치의 전체 동작을 제어하는 제어부(1301), 본 발명의 실시 예에 따른 command frame 및 데이터를 송수신하는 통신부(1303), 본 발명의 실시 예에 따른 command frame 및 데이터 등의 메시지를 생성하는 메시지 생성부(1305)를 포함한다. 또한, 데이터 송수신 장치(1300)는 데이터 송수신 경로를 변경했을 때, 이전 데이터 송수신 경로의 사용 가능 여부를 확인하기 위한 timer를 구동하는 타이머(1307)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 한편, 데이터 송수신 장치(1300)는 빔 형성이 가능한 안테나(1325) 또는 여러 방향으로 데이터를 보낼 수 있는 multi-sector 안테나(1327)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

제어부(1301)는 상기한 '링크 설정 과정', '링크 설정 이후의 동작', '링크 Feedback 과정', '데이터 송수신 경로의 전환', '미사용 경로의 스캔'을 수행한다. 이때, 제어부(1301)는 하나의 모듈로 구성될 수 있으며, 또한 도 12에 도시된 바와 같이, 연결(association) 관리부(1309), 릴레이 예약 관리부(1311), 안테나 트레이닝 수행부(1313), 데이터 송수신 경로 선택부(1315), 채널 스캔 관리부(1317), 채널 상태 관리부(1319), 링크 feedback 관리부(1321) 및 모드 관리부(1323)로 구성될 수 있다.

연결(association) 관리부(1309)는 상기 릴레이 장치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 링크 설정 과정 중 (1) association 과정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 연결 관리부(1309)는 이웃 디바이스로부터 수신된 비콘을 디코딩하고, 응답 비콘을 생성할 수 있다. 또한, 연결 관리부(1309)는 릴레이 링크를 사용하여 데이터 교환을 수행할 수 있는 경우에 도 4에 도시된 Relay Support Capability 필드(403)의 값을 1로 설정할 수 있다.

릴레이 예약 관리부(1311)는 상기 릴레이 장치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 링크 설정 과정 중 (2) 릴레이 예약 과정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 릴레이 예약 관리부(1311)는 메시지 생성부(1305) 및 통신부(1303)를 제어함으로써, 릴레이 장치에게 릴레이 장치의 사용이 가능한지 알기 위한 command frame을 전송할 수 있다. 또한, 릴레이 예약 관리부(1311)는 도 5에 도시된 릴레이 IE를 생성하도록 메시지 생성부(1305)를 제어할 수 있다.

안테나 트레이닝 수행부(1313)는 상기 릴레이 장치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 링크 설정 과정 중 (3) 및 (4)의 안테나 트레이닝 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 안테나 트레이닝 수행부(1313)는 안테나 트레이닝 과정 동안에 다른 디바이스가 보내는 비콘으로 인한 간섭을 피하기 위하여 RTT (Request To Train) /CTT (Clear To Train)을 통해 training sequence의 송수신을 위한 구간을 예약하고 이를 안테나 트레이닝 전에 알리는 과정을 제어할 수 있다. 또한, 안테나 트레이닝 수행부(1313)는 메시지 생성부(1305) 및 통신부(1303)를 제어함으로써, 도 6의 Relay Set request command frame을 릴레이 장치로 전송할 수 있다.

데이터 송수신 경로 선택부(1315)는 상기 릴레이 장치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 링크 설정 과정 중 (5) 데이터 송수신 경로 선택 과정 및 상기 데이터 송수신 경로 전환 구간에서 데이터 송수신 장치(1300)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 데이터 송수신 경로 선택부(1315)는 데스티네이션 디바이스로부터 Relay Complete Response Command Frame을 수신하면, 다이렉트 경로와 릴레이 경로 중에서 어떤 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 전송할 지를 결정할 수 있다. 또한, 데이터 송수신 경로 선택부(1315)는 현재 사용중인 데이터 송수신 경로가 차단되거나 채널 상태가 나빠지면, 데이터 송수신 경로를 전환하도록 통신부(1303)를 제어할 수 있다.

채널 스캔 관리부(1317)는 상기 릴레이 장치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 링크 설정 과정 중 (6) 채널 스캔 과정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 채널 스캔 관리부(1317)는 디스커버리 채널에서 데이터 채널로 전환하여, 데이터 전송이 가능한지를 판단하기 위하여 채널 스캔을 수행하도록 통신부(1303)를 제어할 수 있다. 또한, 채널 스캔 관리부(1317)는 DRP reservation을 위해 DRP negotiation 과정을 수행하고, 비콘에 DRP를 할당하여 data 전송을 준비하는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 채널 스캔 관리부(1317)는 상기 미사용 경로의 스캔을 위한 데이터 송수신 장치(1300)의 동작을 제어할 수 있다.

채널 상태 관리부(1319)는 상기 링크 설정 과정 및 상기 링크 설정 이후의 동작에서 각 데이터 송수신 경로의 채널 상태를 관리할 수 있다. 예를 들어, 채널 상태 관리부(1319)는 각 링크의 LQI 정보를 획득 및 관리하고, response command에 포함된 LQI field의 SNR값이나 RSSI값 등의 채널 상황을 나타내는 정보를 미리 정한 문턱치 값과 비교하고, 사용중인 경로의 차단 여부를 결정할 수 있다. 또한, 채널 상태 관리부(1319)는 재전송 요구 subframe 비율이나 FER (frame error rate)을 미리 정한 문턱치 값과 비교하여, 사용중인 경로의 유효 여부를 결정할 수도 있다. 이때, 채널 상태 관리부(1319)는 현재 사용중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태가 미 사용중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태보다 나쁜 경우에, 데이터 송수신 경로 선택부(1315)로 데이터 송수신 경로를 변경하도록 요청할 수 있다.

링크 피드백(feedback) 관리부(1321)는, 상기 링크 feedback 과정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 링크 피드백(feedback) 관리부(1321)는, 도 9의 link feedback request command 프레임을 데스티네이션 디바이스로 전송하도록 메시지 생성부(1305) 및 통신부(1303)를 제어할 수 있다. 또한, 링크 피드백(feedback) 관리부(1321)는, 도 10의 링크 피드백 과정을 수행하도록 데이터 송수신 장치(1300)를 제어할 수 있다.

모드 관리부(1323)는 설정에 따라서 Normal 모드 또는 Alternation 모드로 동작하도록 데이터 송수신 장치(1300)를 제어할 수 있다.

통신부(1303)는 제어부(1301)의 제어에 따라서, 선택된 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 송수신한다. 또한, 통신부(1303)는 본 발명의 실시 예에 따른 command frame 및 비콘을 송수신한다.

메시지 생성부(1305)는 제어부(1301)의 제어에 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 command frame 및 데이터를 생성한다.

타이머(1307)는 제어부(1301)의 제어에 따라서 타이머를 구동하고, 타임 아웃 발생 시 제어부(1301)로 알려준다.

<9. 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 장치>

본 발명의 실시 예에서, 릴레이 장치는 릴레이 경로를 지원하기 위한 모든 릴레이 방식을 사용할 수 있다. 예를 들어, 릴레이 장치는 두 RF 체인(chain) 중 하나의 RF 체인으로 수신된 신호를 증폭하여 나머지 한쪽 RF 체인으로 전달하되, 동시에 디코딩을 수행할 수 있는 증폭-전달(amplify-and-forward) 방식으로 동작할 수 있다. 또한, 릴레이 장치는 수신된 신호를 증폭하기 전에, 양자화(quantization) 방법 등으로 수신된 신호의 노이즈를 줄인 후에, 증폭하여 전달 하는 방식을 사용할 수 있다.

<10. 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신 방법>

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신 방법을 나타낸다.

도 14의 데이터 송수신 방법은 도 12의 데이터 송수신 장치에 의하여 수행될 수 있다. 한편, 도 13의 데이터 송수신 방법은 소스 디바이스, 릴레이, 데스티네이션 디바이스 세 장치간의 링크에 모두 빔 형성되어 있는 경우에 수행된다.

도 14를 참조하면, S1401단계에서, 데이터 송수신 장치는 설정된 모드 및 설정된 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 송수신한다. 이때, 설정된 모드는 alternative 모드 또는 normal 모드 중 어느 하나를 의미한다. 또한, alternative 모드 또는 normal 모드는 안테나 트레이닝 과정에서 결정된다. 마찬가지로, 설정된 데이터 송수신 경로는 안테나 트레이닝 과정에서 결정된 데이터 송수신 경로를 의미한다. 이때, alternative 모드는 다이렉트 경로 또는 릴레이 경로를 교대로 사용하여 데이터를 송수신하는 모드를 의미한다. 또한, normal 모드는 다이렉트 경로 또는 릴레이 경로 중 어느 하나의 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 송수신 하는 모드를 의미한다.

S1403 단계에서, 데이터 송수신 장치는 데이터 송수신 경로의 전환 사유가 발생하였는지를 판단한다. 이때, 데이터 송수신 경로의 전환 사유는 데이터 송수신의 차단, 채널 상태 정보가 나빠진 경우, 미 사용중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태 정보가 현재 사용 중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태 정보 보다 더 좋은 경우를 의미한다. 또한, 데이터 송수신 장치는 상기 <4. 사용중인 데이터 송수신 경로가 유효한지 여부>에서 설명한 방법에 따라서 데이터 송수신 경로의 전환 사유가 발생하였는지를 판단할 수 있다. 만일, S1403단계에서, 데이터 송수신 경로의 전환 사유가 발생하면 데이터 송수신 장치는 S1407 단계를 수행하고, 그렇지 않은 경우 S1405로 진행한다.

S1405 단계에서, 데이터 송수신 장치는 데이터 송수신이 완료되었으면, 데이터 송수신 절차를 종료하고, 그렇지 않은 경우 S1401단계를 반복 수행한다.

S1407 단계에서, 데이터 송수신 장치는 사용 가능한 또는 채널 상태 정보가 더 좋은 데이터 송수신 경로로 전환한다. 이때, 데이터 송수신 장치는 다이렉트 경로 및 릴레이 경로 모두 차단되지는 않았지만, 채널 상태 정보가 데이터를 전송하기에 충분하지 않은 경우, 데이터 전송율을 일정값 이하로 낮게 설정함으로써, 데이터 전송을 계속할 수 있다.

S1409 단계에서, 데이터 송수신 장치는 전환된 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터 송수신을 계속 수행한다.

S1411 단계에서, 데이터 송수신 장치는 데이터 송수신이 완료되었으면 데이터 송수신 절차를 종료하고, 그렇지 않은 경우 S1413단계를 수행한다. 이때, S1411 단계는 데이터 송수신 경로를 다이렉트 경로에서 릴레이 경로로 전환하거나 반대로 전환했을 경우, 이전 데이터 송수신 경로의 사용 가능 여부를 주기적으로 확인하기 위한 단계이다. 따라서, S1409 ~ S1413 단계는 타이머를 사용하여 주기적으로 수행되도록 설정될 수 있다.

S1413 단계에서, 데이터 송수신 장치는 데이터 송수신 경로의 전환 사유가 다시 발생되었는지를 판단한다. 이때, 데이터 송수신 경로의 전환 사유는 데이터 송수신의 차단, 채널 상태 정보가 나빠진 경우, 미 사용중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태 정보가 현재 사용 중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태 정보 보다 더 좋은 경우를 의미한다. 따라서, 데이터 송수신 장치는 전환되기 전의 데이터 송수신 경로의 채널 상태 정보가 더 좋은 경우 다시 S1401 단계에서 설정된 데이터 송수신 경로로 전환하여 데이터를 송수신 할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신 방법은, 상기 <7. 미사용 경로의 스캔>에서 설명한 방법에 따라서, 미사용 중인 데이터 송수신 경로를 스캔한다.

한편, 본 발명의 실시 예에 대한 설명에 있어서, 하나의 릴레이 장치와 릴레이 경로를 설정하는 과정에 대해 기술하였으나, 여러 대의 릴레이 장치와의 릴레이 경로의 설정도 가능하다. 또한 릴레이 장치가 데이터 송수신 장치(source/destination device)와 멀리 떨어져 있을 수도 있으므로 두 개 이상의 릴레이 장치를 직렬로 연결하여 multi-hop 으로 릴레이 경로를 설정할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 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 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 분산 매체 접근제어를 사용하는 무선통신 시스템을 설명하기 위한 예를 나타낸다.

도 2는 와이미디어의 무선매체접근제어서 MAC Capability IE를 나타내며,

도 3은 도 2에 도시된 MAC Capability IE의 bitmap 포맷을 나타내며,

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른, MAC Capability IE의 bitmap에 추가된 두 개의 필드를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 relay IE의 포맷을 나타내고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 Relay command type을 나타낸다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 Relay command type을 나타낸다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 relay mode 정보를 나타낸다.

도 8은 도 7에 도시된 link order 필드 타입을 나타낸다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른, link feedback command 프레임 포맷을 나타낸다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 링크 피드백 과정을 나타낸다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 Alternation 모드에서의 데이터 전송 예를 나타낸다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 Normal 모드 에서의 데이터 전송 예를 나타낸다.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신 장치의 구성예를 나타낸다.

도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 데이터 송수신 방법을 나타낸다.

Claims (15)

1. 안테나 트레이닝 과정에서 설정된 송신 모드 및 안테나 트레이닝 과정에서 설정된 데이터 송수신 경로를 통하여 릴레이 장치 또는 데스티네이션 디바이스와 데이터를 송수신하는 단계;

   상기 안테나 트레이닝 과정에서 설정된 데이터 송수신 경로의 전환 사유가 발생하였는지를 판단하는 단계;

   데이터 송수신 경로의 전환 사유가 발생하면, 사용 가능한 데이터 송수신 경로 또는 채널 상태 정보가 현재 데이터 송수신 경로 보다 더 좋은 데이터 송수신 경로로 데이터 송수신 경로를 전환하는 단계; 및

   전환된 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터 송수신을 수행하되, 이전 데이터 송수신 경로의 사용 가능 여부를 주기적으로 확인하는 단계를 포함하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 방법.
2. 제1항에 있어서, 안테나 트레이닝 과정에서 설정된 모드는,

   다이렉트 경로 또는 릴레이 경로를 교대로 사용하여 데이터를 송수신하는alternative 모드,

   또는, 다이렉트 경로 또는 릴레이 경로 중 어느 하나의 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 송수신 하는 normal 모드 중 어느 하나인,

   분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 방법.
3. 제1항에 있어서, 데이터 송수신 경로의 전환 사유는,

   데이터 송수신의 차단,

   채널 상태 정보가 나빠진 경우,

   미 사용중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태 정보가 현재 사용 중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태 정보 보다 더 좋은 경우 중 어느 한 경우임을 특징으로 하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 사용 가능한 또는 채널 상태 정보가 더 좋은 데이터 송수신 경로로 데이터 송수신 경로를 전환하는 단계는,

   다이렉트 경로 및 릴레이 경로 모두 차단되지는 않았지만, 채널 상태 정보가 데이터를 전송하기에 충분하지 않은 경우에는, 데이터 전송율을 일정값 이하로 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 방법.
5. 제1항에 있어서, 데이터 송수신 경로의 전환 사유는,

   데스티네이션 디바이스로부터 데이터 프레임에 대한 ACK 프레임이 수신되었는지에 따라 결정되는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 방법.
6. 제1항에 있어서, 데이터 송수신 경로의 전환 사유는,

   데스티네이션 디바이스 또는 릴레이 장치로부터 수신된 채널 상황을 나타내는 정보를 미리 정한 문턱치 값과 비교함으로써 결정되는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 방법.
7. 제1항에 있어서, 데이터 송수신 경로의 전환 사유는,

   재전송 요구 subframe 비율 또는 FER (frame error rate)을 미리 정한 문턱치 값과 비교함으로써 결정되는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 방법.
8. 릴레이 장치 및 데스티네이션 디바이스와 링크 설정을 위한 연결(association)을 관리하는 연결(association) 관리부;

   상기 릴레이 장치를 통하여 데이터를 전송하기 위한 릴레이 예약 과정을 수행하는 릴레이 예약 관리부;

   다이렉트 경로와 릴레이 경로 중에서 어떤 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 전송할 지를 결정하는 데이터 송수신 경로 선택부;

   다이렉트 경로 및 릴레이 경로의 데이터 채널 상태를 관리하는 채널 상태 관리부; 및

   선택된 데이터 송수신 경로를 통하여 데이터를 송수신하는 통신부를 포함하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 장치.
9. 제8항에 있어서,

   릴레이 장치 및 데스티네이션 디바이스와 링크 설정을 위한 안테나 트레이닝을 수행하는 안테나 트레이닝 수행부를 더 포함하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 장치.
10. 제8항에 있어서,

    다이렉트 경로 및 릴레이 경로 중 미 사용 중인 데이터 송수신 경로의 채널을 스캔하기 위한 채널 스캔 관리부를 더 포함하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 장치.
11. 제8항에 있어서,

    데이터 송수신 경로를 변경했을 때, 이전 데이터 송수신 경로의 사용 가능 여부를 확인하기 위한 timer를 구동하는 타이머를 더 포함하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 릴레이 장치는,

    두 RF 체인(chain) 중 하나의 RF 체인으로 수신된 신호를 증폭하여 나머지 한쪽 RF 체인으로 전달하는 증폭-전달(amplify-and-forward) 방식으로 동작하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 장치.
13. 제8항에 있어서, 상기 연결(association) 관리부는,

    상기 릴레이 장치 및 데스티네이션 디바이스로 릴레이 링크의 사용을 알리기 위한 MAC Capability 정보 요소를 관리하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 장치.
14. 제8항에 있어서, 상기 데이터 송수신 경로 선택부는,

    데이터 송수신 경로의 전환 사유가 발생하면, 사용 가능한 또는 채널 상태 정보가 더 좋은 데이터 송수신 경로로 데이터 송수신 경로를 전환하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 장치.
15. 제14항에 있어서,

    데이터 송수신 경로의 전환 사유는,

    데이터 송수신의 차단,

    채널 상태 정보가 나빠진 경우,

    미 사용중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태 정보가 현재 사용 중인 데이터 송수신 경로의 채널 상태 정보 보다 더 좋은 경우 중 어느 한 경우임을 특징으로 하는 분산 매체 접근 제어를 사용하는 무선통신 시스템에서 데이터 송수신 장치.

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