KR20100048935A - 협력 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 장치. - Google Patents

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KR20100048935A
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남준영
이희수
고영조
안재영
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한국전자통신연구원
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Abstract

협력 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법에 관한 기술이 개시된다. 이러한 기술에 따르면, 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 사용자 단말로 직접 전송을 위한 제2코드 워드를 생성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 송신 신호를 협력 전송을 위한 중계 장치와, 상기 사용자 단말로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2코드 워드는 서로 독립적인 협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법이 제공된다.
협력 통신, 릴레이, 전송률

Description

협력 통신 시스템에서 데이터 송수신 방법 및 장치.{METHOD AND APPARATUS FOR TRSANSMITTING AND RECEIVING DATA FOR COOPERATIVE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 협력 통신 시스템에서의 데이터 송수신 방법에 관한 것이다.
3세대 이동통신 시스템에서 제공하는 전송률보다 더 높은 전송률을 지원하고 서비스 가능한 영역(coverage)을 확장하기 위해 새로운 4세대 이동통신 시스템의 개발이 요구되고 있다. 많은 선진 국가의 연구소와 기업들은 향후 4세대 표준화를 위해 이미 경쟁적으로 기술개발을 추진하고 있다.
고주파 영역에서 동작하는 4세대 이동 통신 시스템은 높은 경로 손실로 인하여 전송률과 서비스 영역이 제한되는데, 이러한 문제를 해결하기 위하여 근래 다중홉(multi-hop)을 이용한 신호 전달 방식이 연구되고 있다. 다중홉을 이용한 기술은 중계 장치를 이용하여 데이터를 사용자 단말(User Equipment 또는 Mobile Station)로 협력 전송 함으로써 경로 손실을 줄여 고속 데이터 통신을 가능케 하 며, 기지국(eNode B 또는 Base Station)으로부터 멀리 떨어진 사용자 단말로도 신호를 전달함으로써 서비스 영역을 확장할 수 있다. 다중홉 릴레이 시스템, 즉 협력 통신 시스템에서 두 노드간 통신은 송신 장치(기지국)-중계 장치, 중계 장치-중계 장치, 중계 장치-수신 장치(사용자 단말)의 직렬적인 무선 링크를 통해 이루어진다.
다중홉 릴레이 기술은 크게 증폭 및 포워드(Amplify & Forward) 방식과 디코드 및 포워드(Decode & Forward) 방식으로 구분될 수 있다. 상기 증폭 및 포워드 방식은 중계 장치가 송신 장치로부터 수신된 RF신호를 단순히 증폭하여 수신 장치로 릴레이 전송하는 방식이다. 디코드 및 포워드 방식은 중계 장치가 수신된 신호를 먼저 복조 및 복호(decoding)한 다음 다시 변조 및 부호화(encoding)하여 수신 장치로 협력 전송하는 방식이다. 또한 다중홉 릴레이 기술은 풀 듀플렉스(full duplex) 방식과 해프 듀플렉스(half duplex) 방식으로 구분될 수 있다. 풀 듀플렉스 방식은 중계 장치가 송신 장치로부터 신호를 수신하면서 동시에 같은 시간, 같은 주파수로 수신 장치로 중계하는 방식이다. 해프 듀플렉스 방식은 중계 장치가 수신과 송신을 각각 다른 시간 혹은 다른 주파수로 하는 방식이다.
한편, 협력 통신 시스템에서 이론적인 최대 전송 속도, 즉 최대 채널 용량(channel capacity)은 "THOMAS M. COVER"의 block Markov coding(이하, BMC)에 따른다. 다만, 상기 방법은 이론적인 방법으로서, 송신 장치로부터 전송되는 코드 워드(code word), 즉 데이터의 관계가 종속적인 관계이기 때문에, 중계 장치에서의 재인코딩의 어려움, 수신 장치에서의 복호의 어려움이 있는 등 실제 구현이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 협력 통신 시스템에서 높은 수준의 데이터 전송율을 제공하며 구현이 용이한 데이터 송수신 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 사용자 단말로 직접 전송을 위한 제2코드 워드를 생성하는 단계; 및 상기 제1 및 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 송신 신호를 협력 전송을 위한 중계 장치와, 상기 사용자 단말로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2코드 워드는 서로 독립적인 협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 사용자 단말로 직접 전송을 위한 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 제1송신 신호를 기지국으로부터 수신하는 단계; 및 상기 제1코드 워드를 포함하는 제2송신 신호를 사용자 단말로 전송하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2코드 워드는 서로 독립적인 협력 통신 시스템에서 중계 장치의 데이터 송수신 방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 직접 전송을 위한 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 제1송신 신호를 기지국으로부터 수신하는 단계; 및 상기 제1송신 신호를 협력 전송하는 중계 장치로부터 상기 제1코드 워드를 포함하는 제2송신 신호를 수신하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 제2코드 워드는 서로 독립적인 협력 통신 시스템에서 사용자 단말의 데이터 수신 방법을 제공한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자원 및 시간 스케줄링을 수행하는 단계; 상기 스케줄링에 따라, 기지국과 중계 장치간의 링크 및 상기 기지국과 사용자 단말 간의 링크의 자원 및 전송 시간을 할당하는 단계; 및 상기 할당된 자원 및 전송 시간에 따라 상기 중계 장치 및 사용자 단말 각각으로 데이터를 전송하는 단계를 포함하는 협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 서로 독립적인 코드 워드를 포함하는 송신 신호를 중계 장치 및 수신 장치로 전송하여 협력 통신을 수행함으로써, 높은 수준의 데이터 전송률이 제공되며 본 발명에 따른 송수신 장치 및 중계 장치의 구현이 용이해질 수 있다.
이하 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 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 1은 본 발명에 따른 협렵 통신 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 협력 통신 시스템은 기지국(101), 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)을 포함한다. 도 1 및 이하 도면에서는 중계 장치(103)가 릴레이 노드(Relay Node)인 경우가 일실시예로서 설명되나, 본 발명에 따른 중계 장치(103)는 3GPP LTE 규격의 다중 셀 간 협력 전송을 위한 CoMP(Cooperative Multipoints Tx/Rx)에 따른 셀의 기지국일 수 있다. 예를 들어, 제1셀의 기지국(101)이 전송하는 신호는 제1셀에 이웃하는 제2셀의 기지국에 의해 협력 전송될 수 있다. 또한 도 1 및 이하 도면에서는 기지국(101), 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105) 간의 링크 즉, 무선 채널이 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널인 경우가 일실시예로서 설명된다.
도 1에서 P0, P0' 각각은 기지국(101)과 중계 장치(103)가 전송하는 송신 신호의 평균 전력이며, r은 기지국(101)-사용자 단말(105), 기지국(101)-중계 장 치(103), 중계 장치(103)-사용자 단말(105) 링크의 신호 대 잡음비(SNR)을 나타낸다. 그리고 a와 b는 기지국(101)-중계 장치(103) 및 중계 장치(103)-사용자 단말(105) 링크의 채널 이득(gain)에 해당한다. 그리고 X1과 X2는 기지국(101) 및 중계 장치(103)의 전송 신호이고, Y1과 Y는 중계 장치(103)와 사용자 단말(105)의 수신 신호이다.
기지국(101)은 기 설정된 평균 전력(P0)의 송신 신호를 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)로 전송한다. 그리고 협력 전송을 위한 중계 장치(103)는 기지국(101)으로부터 전송된 신호를 증폭 또는 재인코딩하여 기 설정된 평균 전력(P0')으로 사용자 단말(105)로 전송한다. 즉, 협렵 통신 시스템에서 기지국(101)은 협력 전송을 위한 신호와 사용자 단말(105)로 직접 전송을 위한 신호를 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)로 전송한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법을 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 기지국(101)의 데이터 송신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터 송신 방법은 단계 S201로부터 시작된다.
단계 S201에서 기지국(101)은 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 사용자 단말(105)로 직접 전송을 위한 제2코드 워드를 생성한다. 여기서, 제1 및 제2코드 워드는 서로 독립적이다. 즉, 기지국(101)은 데이터를 두 파트로 나눠 별도의 코드 워드로 인코딩하여 서로 독립적인 제1 및 제2코드 워드를 생성한다. 코드 워드는 가우시안 코드북, 이산(binary) 코드북 등 모든 코드 북에서 선택될 수 있으며, PDCCH(Pysical Downlink Control Channel) 및 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel) 데이터 블럭일 수 있다.
그리고 단계 S203에서 기지국(101)은 제1 및 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 송신 신호를 협력 전송을 위한 중계 장치(103)와, 사용자 단말(105)로 전송한다. 보다 구체적으로 기지국(101)은 협력 통신 시스템의 설계에 따라 제1 및 제2코드 워드를 모두 포함하는 송신 신호를 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)로 전송하거나, 또는 포함된 코드 워드에 차이가 있는 송신 신호를 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105) 각각으로 전송할 수 있다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따르면, 단계 S203에서 기지국(101)은 제1 및 제2코드 워드를 포함하는 송신 신호를 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)로 전송할 수 있다. 또한 본 발명의 제2실시예에 따르면, 단계 S203에서 기지국(101)은 제1 및 제2코드 워드를 포함하는 송신 신호를 사용자 단말(105)로 전송하고, 제1코드 워드를 포함하는 송신 신호를 중계 장치(103)로 전송할 수 있다.
본 발명의 제1실시예의 경우, 제1코드 워드는 전송 시간에 따라 할당되는 인덱스 값이 서로 다른 복수의 코드 워드를 포함한다. 즉, 코드 워드(코드 블록)에 는 전송 시간에 따라 값이 다른 인덱스 값이 할당되며, 예를 들어 인덱스 값 i+1이 할당된 코드 워드는 인덱스 값 i가 할당된 코드 워드의 다음 차례에 전송될 코드 워드를 나타낸다.
전술된 바와 같이 제1코드 워드는 협력 전송을 위한 코드 워드로서, 중계 장치(103)는 제1코드 워드를 수신하여 증폭 또는 재인코딩하여 사용자 단말(105)로 전송한다. 즉, 중계 장치(103)를 위한 제1코드 워드에는 서로 다른 인덱스 값을 갖는 코드 워드가 포함된다. 예를 들어, 중계 장치(103)는 인덱스 값 i 및 i+1이 할당된 코드 워드가 포함된 제1코드 워드를 수신하고, 사용자 단말(105)이 인덱스 값 i+1의 제1 및 제2코드 워드를 수신할 때에 i+1이 할당된 제1코드 워드를 재인코딩하여 사용자 단말(105)로 전송할 수 있다.
본 발명의 제2실시예의 경우, 기지국(101)은 서로 다른 주파수 또는 서로 다른 전송 시간을 이용하여, 송신 신호를 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105) 각각으로 전송한다. 예를 들어, 기지국(101)은 f1주파수를 이용하여 송신 신호를 사용자 단말(105)로 전송할 수 있으며, f2주파수를 이용하여 송신 신호를 중계 장치(103)로 전송할 수 있다. 또한 기지국(101)은 t1 전송 시간에 송신 신호를 사용자 단말(105)로 전송할 수 있으며, t2 전송 시간에 송신 신호를 중계 장치(103)로 전송할 수 있다.
그리고 제2실시예의 경우, 중계 장치(103)로 전송되는 송신 신호에는 제1코드 워드만이 포함되기 때문에, 중계 장치(103)로 전송되는 송신 신호에 포함된 제1코드 워드에 할당된 인덱스 값은 사용자 단말(105)로 전송되는 송신 신호에 포함된 제1및 제2코드 워드에 할당된 인덱스 값과 다르다.
본 발명에 따르면 서로 독립적인 코드 워드를 사용하여 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)로 송신 신호를 전송함으로써, 높은 수준의 데이터 전송율(data rate)을 보장하며 동시에 구현이 용이한 협력 통신 시스템이 제공될 수 있다. 데이터 전송율은 채널을 통해 보내지는 데이터의 양을 나타내는 채널 용량과 관계된 것으로서, 중계 장치(103)를 통해 추가적인 코드 워드(제1코드 워드)를 전송함으로써, 보다 많은 데이터를 사용자 단말(105)로 전송할 수 있으며, 제1및 제2코드 워드가 서로 독립적이기 때문에 협력 통신 시스템의 구현이 용이해질 수 있다. 본 발명에 따른 데이터 전송율은 수식을 통해 후술될 것이다.
한편, 본 발명에 따른 데이터 송신 방법은 사용자 단말(105) 또는 중계 장치(103)로부터 채널 정보를 피드백받는 단계를 더 포함할 수 있으며, 단계 S203에서 기지국(101)은 채널 정보를 이용하여 송신 신호를 생성할 수 있다. 채널 정보는 무선 채널의 상태 정보 및 위상 정보를 포함할 수 있으며, 예를 들어 사용자 단말(105)은 수신된 신호의 파일럿 신호를 이용하여 채널을 추정하고, 채널 정보를 기지국(101)을 전송할 수 있다. 기지국(101)은 채널 정보를 이용하여, 위상이 조절된 송신 신호를 생성함으로써 사용자 단말(105)이 수신한 신호가 coherent combining될 수 있도록 한다. coherent combining에 의해 본 발명에 따른 데이터 전송률은 더욱 높아질 수 있으며, coherent combining에 따른 데이터 전송율은 수식을 통해 후술될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 중계 장치(103)의 데이터 송수신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중계 장치(103)의 데이터 송수신 방법은 단계 S301로부터 시작된다.
단계 S301에서 중계 장치(103)는 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 사용자 단말(105)로 직접 전송을 위한 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 제1송신 신호를 기지국(101)으로부터 수신한다. 전술된 바와 같이, 제1 및 제2코드 워드는 서로 독립적이며, 도 2의 제1 및 제2실시예에 따라서, 중계 장치(103)는 제1 및 제2코드 워드를 모두 포함하거나 또는 제1코드 워드만을 포함하는 송신 신호를 기지국(101)으로부터 수신할 수 있다.
그리고 단계 S303에서 중계 장치(103)는 제1코드 워드를 포함하는 제2송신 신호를 사용자 단말(105)로 전송한다. 제2송신 신호에 포함된 제1코드 워드는 중계 장치(103)에 의해 재인코딩될 수 있다. 중계 장치(103)는 제1 및 제2코드 워드를 모두 포함하는 송신 신호를 수신하더라도, 협력 전송을 위한 제1코드 워드를 재인코딩하여 사용자 단말(105)로 전송한다.
또한 중계 장치(103)로 전송되는 기지국(101)의 송신 신호에 포함된 제1코드 워드는 전송 시간에 따라 할당되는 인덱스 값이 서로 다른 복수의 코드 워드를 포함할 수 있다. 즉, 기지국(101)이 전송시간 i+1에 사용자 단말(105)로 전송할 데이터를 중계 장치(103)는 전송시간 i에 미리 수신하고 전송시간 i+1에 사용자 단말(105)로 전송할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 중계 장치(103)의 데이터 송수신 방법은 사용자 단말(105)로부터 채널 정보를 피드백받는 단계를 더 포함할 수 있으며, 중계 장치(103)는 채널 정보를 이용하여 제2송신 신호를 생성함으로써, 사용자 단말(105)에서 수신 신호가 coherent combining이 될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 사용자 단말(105)의 데이터 수신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사용자 단말(105)의 데이터 수신 방법은 단계 S401로부터 시작된다.
단계 S401에서 사용자 단말(105)은 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 직접 전송을 위한 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 제1송신 신호를 기지국(101)으로부터 수신한다. 예를 들어, 사용자 단말(105)은 기지국(101)으로부터 제1 및 제2코드 워드가 모두 포함된 제1송신 신호를 수신하거나, 제2코드 워드만을 포함하는 제1송신 신호를 수신할 수 있다. 기지국(101)이 제2코드 워드만을 포함하는 제1송신 신호를 사용자 단말(105)로 전송할 경우, 복호를 위한 사용자 단말(105)의 구현이 보다 용이해질 수 있다.
단계 S403에서 사용자 단말(105)은 제1송신 신호를 협력 전송하는 중계 장치(103)로부터 제1코드 워드를 포함하는 제2송신 신호를 수신한다. 사용자 단말(105)은 수신된 제1 및 제2송신 신호에 포함된 제1 및 제2코드 워드를 디코딩함으로써 데이터를 재생할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 사용자 단말(105)의 데이터 수신 방법은 기지국(101) 또는 중계 장치(103)가 채널 정보를 이용하여 송신 신호를 생성할 수 있도록 채널 정보를 기지국(101) 또는 중계 장치(103)로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법을 수식 및 도 1을 이용하여 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 2에서 설명된 본 발명의 제1실시예에 따르면, 기지국(101)은 서로 독립적인 제1 및 제2코드 워드를 포함하는 송신 신호를 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)로 전송한다. 기지국(101)이 전송하는 송신 신호는 하기의 [수학식 1]와 같다.
Figure 112009066893410-PAT00001
여기서, 0≤α, β≤1이고,
Figure 112009066893410-PAT00002
이다. 그리고 S는 중계 장치(103)에 의해 협력 전송되는 제1코드 워드이며, W는 협력전송되지 않고 기지국에 의해서만 사용자 단말(105)로 직접 전송되는 제2코드 워드이다. 제1 및 제2코드 워드의 계수를 제곱하여 합하면, 송신 신호의 전력이 P0가 됨을 알 수 있다. 그리고 i는 전술된 바와 같이, 기 설정된 전송 시간에 대응되며 코드 워드에 할당되는 인덱 스 값으로서, Si +1은 Si 전송 이후 다음 전송 시간에 전송되는 코드 워드이다. 즉, 기지국(101)은 제1코드 워드Si+1 및 Si를 동일 전송 시간 i에 전송한다. 여기서, 제1코드 워드에 포함되는 코드 워드에 할당된 인덱스의 값은 협력 통신 시스템의 설계에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, [수학식1]은
Figure 112009066893410-PAT00003
또는
Figure 112009066893410-PAT00004
로 변형될 수 있다.
무선 채널 상태에 따라 중계 장치(103)는 기지국(101)으로부터 하기의 [수학식 2]과 같은 신호를 수신한다.
Figure 112009066893410-PAT00005
여기서, n은 노이즈를 나타내며, P1 = aP0이다. 전술된 바와 같이, 기지국(101)이 전송하는 제1코드 워드에는 Si+1 및 Si이 포함되어 있기 때문에 중계 장치(103)는 전송 예정의 인덱스 값에 대응하는 제1코드 워드를 미리 수신한다. 즉, 중계 장치(103)는 전송시간 i+1에 따른 제1코드 워드 Si+1 를 전송 시간 i에 미리 수신한다. 따라서 중계 장치(103)는 미리 전송되는 제1코드 워드를 이용하여 현재 인덱스 값에 대응하는 전송시간에 제1코드 워드를 재인코딩하여 전송할 수 있다.
보다 구체적으로, 중계 장치(103)는 기지국-중계장치 링크의 제1 및 제2코드 워드의 데이터 전송율(RS1, RW1)이 하기의 [수학식 3]를 만족하는 경우 제1 및 제2코드 워드를 인코딩할 수 있다.
Figure 112009066893410-PAT00006
여기서, C는 채널 용량을 나타내며, 채널 용량은 수신 측에서 바라본 SNR에 따라 결정된다(C=log2(1+SNR)).
중계 장치(103)는 전술된 바와 같이, [수학식 2]와 같은 신호를 수신하고, 하기의 [수학식 4]와 같이 제1코드 워드를 포함하는 송신 신호를 사용자 단말(105)로 전송한다.
Figure 112009066893410-PAT00007
그리고 사용자 단말(105)은 기지국(101) 및 중계 장치(103)가 전송하는 신호에 의해 하기의 [수학식 5]과 같은 신호를 수신한다. 여기서, P2 = bP0'이며, n은 노이즈이다.
Figure 112009066893410-PAT00008
제1코드 워드가 coherent combining 된다고 가정할 경우, 제1코드 워드의 데이터 전송율은 하기의 [수학식 6]과 같다. 전술된 바와 같이, 기지국(101) 및 중계 장치(103)는 채널 정보를 이용하여 수신 신호가 coherent combining되도록 송신 신호를 전송할 수 있다. 즉, 기지국(101) 및 중계 장치(103)는 채널 정보를 이용하여 기지국-사용자 단말 링크 및 중계 장치-사용자 단말 링크의 위상을 미리 조절함으로써, 수신 신호가 coherent combining되도록 송신 신호를 전송할 수 있다.
Figure 112009066893410-PAT00009
한편, 상기 [수학식 5]에서 인덱스 값 i와 i+1이 동시에 나타남을 확인할 수 있고, 이전 인덱스 값 i-1에 대응되는 사용자 단말(105)의 수신 신호(yi-1)에서 제1코드 워드 Si 가 포함됨을 알 수 있다. 즉, 사용자 단말(105)의 수신 신호(yi -1)에서 제1코드 워드 Si는 미리 수신되므로, 사용자 단말(105)의 수신 신호(yi-1)는, 상기의 [수학식 5]에서 제1코드 워드 Si가 제거된 하기의 [수학식 7]과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009066893410-PAT00010
[수학식 5]에 따른 수신 신호와 [수학식 7]에 따른 수신 신호는 MMSE combining(즉, RX combining)될 수 있으며, MMSE(Minimum Mean Square Error) combining에 따른 제1코드 워드의 데이터 전송율은 하기의 [수학식8]과 같다.
Figure 112009066893410-PAT00011
상기 [수학식 8]의
Figure 112009066893410-PAT00012
에 의해, coherent combining에 따른 데이터 전송율이 MMSE combining에 따른 데이터 전송율보다 높음을 확인할 수 있다.
한편, 제2코드 워드의 데이터 전송율은 리스트(list) 복호 방식에 따를 때, 하기의 [수학식 9]와 같으며, 일반적인 successive 복호 방식에 따를 때, 하기의 [수학식 10]과 같다.
Figure 112009066893410-PAT00013
Figure 112009066893410-PAT00014
이하, 도 2에서 설명된 본 발명의 제2실시예에 따른 데이터 송수신 방법을 설명하기로 한다.
기지국(101) 및 중계 장치(103)가 전송하는 송신 신호는 하기의 [수학식11]과 같다. [수학식11]에서 X1,i은 기지국(101)이 사용자 단말(105)로 전송하는 송신 신호이며, X3,i은 기지국(101)이 중계 장치(103)로 전송한는 송신 신호이다. 그리고 X2,i는 중계 장치(103)가 사용자 단말(105)로 전송하는 송신 신호이다. 전술된 바와 같이, 기지국(101)은 제1및 제2코드 워드가 포함된 송신 신호를 사용자 단말(105)로 전송하고, 제1코드 워드가 포함된 송신 신호를 중계 장치(103)로 전송한다. 이 때, X1,i 및 X3,i 송신 신호는 f1 주파수에서 전송되며, X2,i 송신신호는 f2 주파수에서 전송된다. 이 때, 기지국(101)은 f2 주파수에서 X2,i 송신 신호 만을 전송하므로 f1 주파수와 비교하여 더 적은 f2 주파수 자원을 사용할 수 있다. 여기서,
Figure 112009066893410-PAT00015
는 f2 주파수에 따라 재인코딩된 코드 워드를 나타낸다. 중계 장치(103)는 기지국(101)으로부터 수신된 코드 워드를 재인코딩하여 사용자 단말(105)로 전송할 수 있다.
Figure 112009066893410-PAT00016
또한, 전술된 바와 같이, 기지국(101)은 서로 다른 전송시간을 이용하여 송신 신호를 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)로 전송할 수 있으며, 이 때의 송신 신호는 하기의 [수학식 12]와 같다. 즉, X1,t1은 기지국(101)이 중계 장치(103)로 전송 시간 t1에 전송하는 송신 신호이며, X1,t2는 기지국(101)이 사용자 단말(105)로 전송시간 t2에 전송하는 송신 신호이다. 그리고 X2 , t2는 중계 장치(103)가 사용자 단말(105)로 전송시간 t2에 전송하는 송신 신호이다. 중계 장치(103)는 기지국(101)으로부터 수신된 코드 워드를 재인코딩하여 사용자 단말(105)로 전송할 수 있다.
Figure 112009066893410-PAT00017
그리고 제2실시예의 경우에도 기지국(101) 및 중계 장치(103)는 채널 정보를 이용하여 수신신호가 coherent combining이 될 수 있도록 송신 신호를 생성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 데이터 송신 방법은 하나의 코드 워드 예를 들어 제2코드 워드만을 포함하는 송신 신호를 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)로 전송할 수 있다. 이 때, 기지국(101) 및 중계 장치(103)의 송신 신호는 하기의 [수학식 13]과 같다.
Figure 112009066893410-PAT00018
그리고, 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105)의 수신 신호는 하기의 [수학식 14]와 같다.
Figure 112009066893410-PAT00019
전술된 바와 같이, 기지국(101)은 사용자 단말(105)로부터 채널 정보를 수신하여 coherent combining이 될 수 있도록 송신 신호를 전송할 수 있으며, 또는 MMSE combining이 될 수 있다.
coherent combining에 따른 데이터 전송율은 하기의 [수학식 15]와 같다.
Figure 112009066893410-PAT00020
여기서,
Figure 112009066893410-PAT00021
은 기지국-중계 장치 링크의 전송율을 나타내며,
Figure 112009066893410-PAT00022
은 사용자 단말(105)의 수신 신호에 대한 전송율을 나타낸다.
전술된 제1 및 제2실시예에 따른 데이터 전송율보다는 높지 않으나, 하나의 코드 워드만을 이용하여 협력 통신 시스템을 구성함으로써 보다 구현이 용이한 장 점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 추가적인 기지국(101)의 데이터 송신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 데이터 송신 방법은 단계 S501로부터 시작된다.
단계 S501에서, 기지국(101)은 자원(resource) 또는 시간 스케줄링(scheduling)을 수행한다. 즉, 기지국(101)은 기지국(101)과 중계 장치(103) 간의 링크, 기지국(101)과 사용자 단말(105) 및 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105) 간의 링크에 최적의 시간 또는 자원이 할당되도록 스케줄링을 수행한다. 이 때, H-ARQ(Hybid Automatic Repeat Request)의 기존 방식에 영향을 주지 않기 위해 기지국(101)은 중계 장치(103)와 사용자 단말(105) 간 링크 만을 스케줄링할 수 있다. H-ARQ는 열악한 무선 채널 환경 등으로 인해 자주 발생되는 사용자 단말측에서 기지국으로의 재전송 요구(Repeat Request)를 줄여　 패킷 데이터의 전송효율을 높이는 방식을 말한다.
또한 기지국(101)은 자원 또는 시간 스케줄링을 수행함에 있어서, 채널 정보를 이용하여, 기지국(101), 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105) 간 링크의 SNR 또는 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)에 따라 스케줄링을 수행할 수 있다. 즉, 기지국(101)은 사용자 단말(105)로부터 피드백되는 채널 정보를 이용하여, 기지국(101)과 사용자 단말(105) 간 링크의 SNR 또는 SINR에 따라 기지 국(101)과 사용자 단말(105) 간 링크에 할당될 자원을 증가 또는 감소시키고, 기지국(101)과 사용자 단말(105) 간 링크를 이용하여 데이터의 일부를 전송할 수 있다. 또한 기지국은 기지국(101)과 중계 장치(103) 간 링크의 SNR 또는 SINR에 따라 기지국(101)과 중계 장치(103) 간 링크에 할당될 자원을 증가 또는 감소시킬 수 있다. 따라서, 기지국(101)과 중계 장치(103) 간 링크에 할당되는 자원이 지나치게 증가되는 것이 방지될 수 있으며, 기지국(101)이 동시에 사용자 단말(105) 및 중계 장치(103)로 데이터를 전송하므로 데이터 전송율이 증가될 수 있다.
단계 S503에서 기지국(101)은 자원 또는 시간 스케줄링에 따라, 기지국(101), 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105) 간 링크의 자원을 할당한다. 즉, 기지국(101)은 할당된 자원에 따라 기지국(101)과 중계 장치(103) 간의 링크, 기지국(101)과 사용자 단말(105) 간의 링크 및 중계 장치(103)와 사용자 단말(105) 간의 링크의 자원을 할당할 수 있다.
단계 S505에서 기지국(101)은 할당된 자원에 따라 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105) 각각으로 데이터를 전송한다. 여기서, 데이터는 전술된 제1 및 제2코드 워드일 수 있다. 기지국(101)은 스케줄링에 따라 할당된 자원에 따른 데이터를 서로 다른 시간에 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105) 각각으로 전송할 수 있다. 예를 들어, 기지국(101)은 자원 및 시간 스케줄링에 따라 데이터의 일부를 기지국(101) 및 사용자 단말(105) 링크에 할당하고, 서로 다른 시간에 중계 장치(103) 및 사용자 단말(105) 각각으로 할당된 데이터를 전송할 수 있다.
한편, 도 5에서는 기지국(101)이 스케줄링을 수행하는 집중형(centralized) 스케줄링에 대해 설명되었으나, 중계 장치(103)에 의한 분산형 스케줄링이 수행될 수도 있다. 이 때 중계 장치(103)의 분산형 스케줄링에 따른 정보는 기지국(101)으로 전송됨이 바람직하다.
도 5에서 설명된 데이터 송신 방법을 도 1 및 수식을 이용하여 보다 자세히 설명하면, 다음과 같다.
일반적인 협력 전송 시스템에서 기지국(101) 및 중계 장치(103)의 송신 신호는 하기의 [수학식 16]과 같다고 하면, 기지국(101)의 스케줄링에 따라 기지국(101) 및 중계 장치(103)가 전송하는 송신 신호는 하기의 [수학식 17]과 같다.
Figure 112009066893410-PAT00023
Figure 112009066893410-PAT00024
여기서,
Figure 112009066893410-PAT00025
는 t1 전송 시간에 기지국(101)이 중계 장 치(103)로 전송하는 신호이다. 그리고
Figure 112009066893410-PAT00026
는 기지국(101)의 스케줄링에 의해 기지국(101)과 사용자 단말(105) 간 링크 에 할당된 자원에 따라, t2 전송 시간에 기지국(101)이 사용자 단말(105)로 전송하는 신호이다. 그리고
Figure 112009066893410-PAT00027
는 중계 장치(103)가 기지국(101)의 스케줄링에 따라
Figure 112009066893410-PAT00028
를 재인코딩한 데이터이다.
예를 들어, 기지국(101)은 총 전송 데이터의 90%를 전송 시간 t1에 중계 장치(103)로 전송하고, 나머지 10%(
Figure 112009066893410-PAT00029
)를 전송 시간 t2에 사용자 단말(105)로 전송할 수 있다. 이 때, 기지국(101)과 사용자 단말(105) 링크의 SNR 또는 SINR이 증가할 경우, 기지국(101)은 중계 장치(103)로 전송되는 데이터 량을 줄이고, 사용자 단말(105)로 전송하는 데이터 량을 증가시킬 수 있다.
한편, 기지국(101) 및 중계 장치(103)는 하기의 [수학식 18]과 같이 송신 신호를 전송할 수 있다. 이 때, 기지국(101) 및 중계 장치(103)가 전송 시간 t2에 전송하는 데이터가
Figure 112009066893410-PAT00030
로 동일하므로 사용자 단말(105)에서 수신 신호는 coherent combining될 수 있다.
Figure 112009066893410-PAT00031
이상은 본 발명이 프로세스적 관점에 의해 설명되었으나, 본 발명에 따른 기지국, 중계 장치 및 사용자 단말의 데이터 송수신 방법을 구성하는 각 단계는 장치적 관점에서 용이하게 파악될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법에 포함된 각 단계는 데이터 송수신 장치 즉, 기지국, 중계 장치 및 사용자 단말 각각에 포함된 구성 요소로 이해될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 데이터 송수신 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체(CD, DVD와 같은 유형적 매체뿐만 아니라 반송파와 같은 무형적 매체)를 포함한다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명에 따른 협렵 통신 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 기지국(101)의 데이터 송신 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 3은 본 발명에 따른 중계 장치(103)의 데이터 송수신 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 사용자 단말(105)의 데이터 수신 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 추가적인 기지국(101)의 데이터 송신 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

Claims (17)

  1. 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 사용자 단말로 직접 전송을 위한 제2코드 워드를 생성하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 송신 신호를 협력 전송을 위한 중계 장치와, 상기 사용자 단말로 전송하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 및 제2코드 워드는 서로 독립적인
    협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 신호를 전송하는 단계는
    상기 제1 및 제2코드 워드를 포함하는 송신 신호를 상기 중계 장치 및 상기 사용자 단말로 전송하는
    협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1코드 워드는
    전송 시간에 따라 할당되는 인덱스 값이 서로 다른 복수의 코드 워드를 포함하는
    협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 송신 신호를 전송하는 단계는
    상기 제1 및 제2코드 워드를 포함하는 송신 신호를 상기 사용자 단말로 전송하는 단계; 및
    상기 제1코드 워드를 포함하는 송신 신호를 상기 중계 장치로 전송하는 단계
    를 포함하는 협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 송신 신호를 전송하는 단계는
    서로 다른 주파수 또는 서로 다른 전송 시간을 이용하여, 상기 송신 신호를 상기 중계 장치 및 사용자 단말 각각으로 전송하는
    협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 송신 신호를 상기 중계 장치로 전송하는 단계
    상기 제1코드 워드를 재인코딩하여 상기 중계 장치로 전송하는
    협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 사용자 단말 또는 상기 중계 장치로부터 채널 정보를 피드백받는 단계
    를 더 포함하며,
    상기 송신 신호는 상기 채널 정보가 이용되어 생성되는
    협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 중계 장치는
    릴레이 노드 또는 CoMP에 따른 셀의 기지국인
    협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  9. 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 사용자 단말로 직접 전송을 위한 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 제1송신 신호를 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 제1코드 워드를 포함하는 제2송신 신호를 사용자 단말로 전송하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 및 제2코드 워드는 서로 독립적인
    협력 통신 시스템에서 중계 장치의 데이터 송수신 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제2송신 신호를 사용자 단말로 전송하는 단계는
    상기 제1코드 워드를 재인코딩하여 상기 사용자 단말로 전송하는
    협력 통신 시스템에서 중계 장치의 데이터 송수신 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 사용자 단말로부터 채널 정보를 피드백받는 단계
    를 더 포함하며,
    상기 제2송신 신호는 상기 채널 정보가 이용되어 생성되는
    협력 통신 시스템에서 중계 장치의 데이터 전송 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 중계 장치는
    릴레이 노드 또는 CoMP에 따른 셀의 기지국인
    협력 통신 시스템에서 중계 장치의 데이터 전송 방법.
  13. 협력 전송을 위한 제1코드 워드 및 직접 전송을 위한 제2코드 워드 중 하나 이상을 포함하는 제1송신 신호를 기지국으로부터 수신하는 단계; 및
    상기 제1송신 신호를 협력 전송하는 중계 장치로부터 상기 제1코드 워드를 포함하는 제2송신 신호를 수신하는 단계
    를 포함하며,
    상기 제1 및 제2코드 워드는 서로 독립적인
    협력 통신 시스템에서 사용자 단말의 데이터 수신 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 기지국 또는 상기 중계 장치로 채널 정보를 전송하는 단계
    를 더 포함하는 협력 통신 시스템에서 사용자 단말의 데이터 수신 방법.
  15. 자원 또는 시간 스케줄링을 수행하는 단계;
    상기 스케줄링에 따라 기지국, 중계 장치 및 사용자 단말 간 링크의 자원 또는 전송 시간을 할당하는 단계; 및
    상기 할당된 자원 또는 전송 시간에 따라 상기 중계 장치 및 사용자 단말 각각으로 데이터를 전송하는 단계
    를 포함하는 협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 스케줄링을 수행하는 단계는
    채널 정보를 이용하여, 상기 기지국, 중계 장치 및 사용자 단말 간 링크의 SNR 또는 SINR에 따라 스케줄링을 수행하는
    협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 데이터를 전송하는 단계는
    상기 할당된 자원에 따른 데이터를 서로 다른 시간에 상기 중계 장치 및 사용자 단말 각각으로 전송하는
    협력 통신 시스템에서 기지국의 데이터 전송 방법.
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