KR20100098903A - Method for data transmission in a mobile communiation system with relay station and system thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method and a system for transmitting data of mobile communication system using relay station are provided to supply service also in mobile station within a region which interference is severe, thereby maintaining a high MCS(Modulation and Coding Scheme) level. CONSTITUTION: A RS2 and a RS3 does not influence RS1 which is receiving data from a base station while RS2(Relay Station2) and the RS3 is performing transmission about each lower mobile station. The RS2 and the RS3 transmits data through same frequency resources with the base station to mobile stations in an interference section within coverage in T1 interval. The RS2 provides service to mobile stations in interference section 4. The RS3 provides service to mobile stations in interference section 5.

Description

중계국을 이용하는 이동통신 시스템의 데이터 전송 방법 및 그 시스템{METHOD FOR DATA TRANSMISSION IN A MOBILE COMMUNIATION SYSTEM WITH RELAY STATION AND SYSTEM THEREOF}METHOD FOR DATA TRANSMISSION IN A MOBILE COMMUNIATION SYSTEM WITH RELAY STATION AND SYSTEM THEREOF}

본 발명은 중계국을 이용하여 이동국들을 서비스하는 이동통신 시스템에서 IEEE 802.16j 전송 프레임(frame)의 다운링크 릴레이 존의 활용에 관한 것이다.The present invention relates to the use of a downlink relay zone of an IEEE 802.16j transmission frame in a mobile communication system using a relay station to serve mobile stations.

IEEE 802.16j 는 이동국(mobile station; MS)으로의 전송율(throughput) 향상과 기지국(base station; BS)의 전송 커버리지(coverage) 확장을 위해 기존의 IEEE 802.16e 에 중계국(relay station; RS)의 개념을 도입한 국제 표준 규격이다.IEEE 802.16j is a concept of a relay station (RS) in the existing IEEE 802.16e for improving throughput to a mobile station (MS) and extending transmission coverage of a base station (BS). Is an international standard specification.

도 1a은 IEEE 802.16j의 3-섹터(sector) 방식 토폴로지(topology)를 도시한다.1A shows a three-sector scheme topology of IEEE 802.16j.

셀(cell) 내에 기지국이 유일한 서비스국(service station)이었던 IEEE 802.16e 와 달리, IEEE 802.16j 는 기지국과 함께 다수의 중계국이 이동국을 서비스함을 알 수 있다.Unlike IEEE 802.16e, where a base station was the only service station in a cell, IEEE 802.16j can know that multiple relay stations serve a mobile station together with a base station.

도 1b은 IEEE 802.16j의 프레임(frame) 구조를 설명한다.1B illustrates a frame structure of IEEE 802.16j.

도 1b에 도시된 프레임의 가로축은 시간축이며, 세로축은 주파수축이다. 하 나의 프레임은 다운링크(downlink)와 업링크(uplink)를 위한 두 개의 서브프레임(subframe)으로 나뉘며, 상기 서브프레임 각각은 액세스 존(access zone)과 릴레이 존(relay zone)으로 나뉜다. 상기 액세스 존은 서비스국(즉, 기지국과 중계국)과 상기 서비스국의 커버리지 내의 이동국들 간의 전송 구간이며, 상기 릴레이 존은 기지국과 중계국 간의 전송 구간이다. 본 발명은 상기 다운링크용 서브프레임의 활용에 주목하고자 한다.The horizontal axis of the frame shown in FIG. 1B is the time axis, and the vertical axis is the frequency axis. One frame is divided into two subframes for downlink and uplink, and each subframe is divided into an access zone and a relay zone. The access zone is a transmission interval between a service station (i.e., base station and relay station) and mobile stations within the coverage of the service station, and the relay zone is a transmission interval between the base station and the relay station. The present invention focuses on the utilization of the downlink subframe.

서비스국들의 자원 할당 방식은 주파수 자원의 사용 방식에 따라 크게 두 가지 방식 즉, 오버랩(overlapped) 방식과 직교(orthogonal) 방식으로 나뉜다. 상기 오버랩 방식은 다운링크 액세스 존에서 모든 서비스국들이 같은 주파수 대역을 사용하여 하위 이동국들을 서비스하는 방식이다. 상기 ‘하위’란 서비스국의 전송 커버리지 내에 있는 것을 말하며, 본 발명의 명세서 상에서 같은 의미로 쓰인다. 상기 직교 방식은 서비스국들이 주파수 대역을 나누어 서로 다른 대역을 사용하는 방식이다. Resource allocation schemes of service stations are largely divided into two schemes, an overlapped scheme and an orthogonal scheme, depending on the frequency resource usage scheme. The overlapping scheme is a scheme in which all the service stations serve the lower mobile stations using the same frequency band in the downlink access zone. The term "lower" means within the transmission coverage of the service station, and is used interchangeably in the specification of the present invention. In the orthogonal scheme, service stations divide frequency bands and use different bands.

도 2에 자원 할당 방식에 따른 다운링크 액세스 존에서의 주파수 대역을 도시하였다.2 illustrates a frequency band in a downlink access zone according to a resource allocation scheme.

도 2a는 오버랩 방식에 따라 다운링크 액세스 존의 자원 할당을 도시한다. 2A illustrates resource allocation of a downlink access zone according to an overlap scheme.

기지국(BS)은 물론 중계국들(RS1, RS2, RS3)도 동일 주파수 대역을 사용하여 전송하고 있다.In addition to the base station BS, the relay stations RS1, RS2, and RS3 also transmit using the same frequency band.

도 2b는 직교 방식에 따라 다운링크 액세스 존의 자원 할당을 도시한다. 2B illustrates resource allocation of a downlink access zone according to an orthogonal scheme.

기지국(BS)과 모든 중계국들(RS1, RS2, RS3)이 각각 서로 다른 주파수 대역 을 사용하여 전송하고 있다.The base station BS and all the relay stations RS1, RS2, and RS3 transmit using different frequency bands.

IEEE 802.16j는 다운링크 액세스 존에서 셀 내의 기지국과 모든 중계국들이 동시에 각자 자신의 전송 커버리지 내의 이동국들을 서비스한다. 오버랩 방식의 경우, 모든 서비스국들(즉, 기지국과 중계국들)이 동일한 주파수 대역을 사용하므로, 셀 내의 간섭이 발생한다. 즉, 셀 내에 기지국 외에 하나 이상의 서비스중인 중계국이 존재한다면, 서로 다른 서비스국들 사이 전송 커버리지가 겹쳐지는 지역에 심한 간섭이 발생한다. 셀 내의 간섭은 이동국들의 MCS 레벨(modulation and coding selection level; 변조 및 부호화 선택 레벨, 이하 ‘MCS 레벨’이라 함)을 저하시키며 심지어 서비스 중단(service outage)이 발생할 수도 있다.IEEE 802.16j allows base stations and all relay stations in a cell to simultaneously service mobile stations in their own transmission coverage in the downlink access zone. In the overlapping scheme, since all the service stations (ie, base stations and relay stations) use the same frequency band, interference in the cell occurs. That is, if there is more than one serving relay station in the cell besides the base station, severe interference occurs in an area where transmission coverage overlaps between different serving stations. Interference in the cell degrades the MCS level (modulation and coding selection level, hereinafter referred to as the " MCS level ") of the mobile stations and may even result in service outage.

도 3은 자원 할당 방식에 따른 MCS 레벨 분포를 도시한다. 3 shows an MCS level distribution according to a resource allocation scheme.

직교 방식 자원 할당의 경우, 서비스국 간에 서로 다른 주파수 대역을 사용하므로 셀 내 간섭이 발생하지 않는다. 따라서 상기 직교 방식은 오버랩 방식에 비해 높은 MCS 레벨 분포를 가지며, 서비스 불능 지역이 존재하지 않는다.In the orthogonal resource allocation, since different frequency bands are used between service stations, intra-cell interference does not occur. Therefore, the orthogonal scheme has a higher MCS level distribution than the overlap scheme, and there is no out of service area.

도 4는 자원 할당 방식에 따른 평균 전송량(average throughput)을 도시한다.4 shows average throughput according to a resource allocation scheme.

직교 방식 자원 할당은 서비스국 간 주파수 대역을 나누어 사용하므로 오버랩 방식의 경우에 비해 셀 용량이 적음을 알 수 있다.Orthogonal resource allocation uses frequency bands between service stations so that the cell capacity is smaller than that of the overlapping method.

정리하면, 상기 오버랩 방식 자원 할당의 경우에는, 서비스국들이 동일 주파수 대역을 사용하여 셀 내 간섭이 발생하며, 상기 간섭으로 인해 상기 직교 방식에 비해 낮은 MCS 레벨 분포를 나타내고, 일부 서비스 불능 지역도 존재한다. 반면, 셀 용량은 상기 직교 방식의 경우에 비해 상기 오버랩 방식이 크다.In summary, in the case of the overlapping resource allocation, in-cell interference is generated by service stations using the same frequency band, and due to the interference, the MCS level distribution is lower than that of the orthogonal scheme, and some out of service areas exist. . On the other hand, the cell capacity of the overlapping method is larger than that of the orthogonal method.

이와 같이 기존 프레임 구조에는 셀 용량과 셀 내 간섭의 트레이드 오프(trade off)가 존재한다. 따라서, 오버랩 방식의 자원 할당의 경우 발생하는 일부 서비스 불능 지역을 해소하고, MCS 레벨을 높이면서도, 높은 평균 전송량을 가능케 하는 새로운 프레임 구조가 요구된다.As such, there is a trade off of cell capacity and intra-cell interference in the existing frame structure. Accordingly, there is a need for a new frame structure that eliminates some of the unserviceable areas that occur in the case of overlapping resource allocation and enables a high average transmission amount while increasing the MCS level.

본 발명은 중계국을 이용하는 이동통신 시스템에서 오버랩 방식의 자원 할당을 하면서도 서비스국 간의 간섭으로 인한 일부 지역의 서비스 불능을 해소한다.The present invention solves the service unavailability in some regions due to interference between service stations while allocating overlapping resources in a mobile communication system using a relay station.

또한, 본 발명은 직교 방식의 자원 할당의 경우처럼 높은 MCS 레벨을 가지면서도 기존의 오버랩 방식 자원 할당의 경우보다 높은 평균 전송량을 갖게 한다.In addition, the present invention has a higher MCS level as in the case of orthogonal resource allocation, but has a higher average transmission amount than in the case of conventional overlapping resource allocation.

본 발명은 방향성 안테나의 사용에 의해 전체 서비스 영역이 적어도 세 개의 섹터로 분할되는 기지국과, 상기 섹터들 각각에 존재하는 중계국들을 포함하는 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 있어서, 상기 기지국이 상기 중계국에게 데이터를 전송하기 위한 릴레이 존을 시간 축으로 상기 섹터 수만큼의 서브 릴레이 존으로 분할하는 과정, 및 상기 분할된 서브 릴레이 존 각각에서 대응하는 섹터 내의 중계국으로 데이터를 전송하는 과정을 포함하는 데이터 전송 방법을 제안한다.The present invention provides a data transmission method in a mobile communication system comprising a base station having a total service area divided into at least three sectors by use of a directional antenna, and relay stations existing in each of the sectors. Dividing a relay zone for transmitting data to a sub-relay zone by the number of sectors on a time axis, and transmitting data to a relay station in a corresponding sector in each of the divided sub relay zones. Suggest a method.

또한 본 발명은 이동통신 시스템에 있어서, 방향성 안테나의 사용에 의해 전체 서비스 영역이 적어도 세 개의 섹터로 분할되고, 릴레이 존을 시간 축으로 상기 섹터 수만큼의 서브 릴레이 존으로 분할하며, 상기 분할된 서브 릴레이 존 각각에서 대응하는 섹터 내의 중계국으로 데이터를 전송하는 기지국을 포함하는 이동통신 시스템을 제안한다.In addition, in the mobile communication system, the entire service area is divided into at least three sectors by use of a directional antenna, and the relay zone is divided into sub relay zones equal to the number of sectors on a time axis. A mobile communication system including a base station for transmitting data from a relay zone to a relay station in a corresponding sector is proposed.

중계국을 이용하는 이동통신 시스템에 본 발명에 따른 새로운 프레임 구조를 적용하는 경우, 오버랩 방식으로 주파수 자원을 할당하는 경우에도 심한 간섭 지역에 위치하는 이동국에도 서비스가 가능해진다. 동시에, 종래 오버랩 방식의 경우에 비해 높은 MCS레벨을 유지할 수 있으며, 높은 평균 전송량을 유지한다.When the new frame structure according to the present invention is applied to a mobile communication system using a relay station, even a frequency resource is allocated in an overlapping manner, a service can be provided to a mobile station located in a severe interference area. At the same time, a higher MCS level can be maintained than in the case of the conventional overlapping method, and a high average transmission amount can be maintained.

자세한 설명에 앞서, 본 발명의 명세서에서 사용되는 서비스국(service station)이란 이동국에 서비스를 제공하는 주체로써, 기지국과 중계국을 포함하는 개념이다.Prior to the detailed description, a service station used in the specification of the present invention is a subject that provides a service to a mobile station, and includes a base station and a relay station.

도 5에 하나의 셀 내에 3개의 중계국을 가정하여 간섭이 발생하는 지역을 표시하였다. In FIG. 5, three relay stations are assumed in one cell to indicate an area where interference occurs.

셀 내부의 빗금친 영역(1~6)이 서비스국들의 서비스 영역이 겹쳐져 심한 간섭이 발생하는 구역이다. 간섭이 심하게 발생하는 구역을 6개의 구역으로 구분한다. The hatched areas 1 to 6 in the cell are areas in which the service areas of the service stations overlap and severe interference occurs. The areas where severe interference occurs are divided into six areas.

선택적으로, 상기 심한 간섭 구역은 최고 송신 전력(PMAX)이 최저 송신 전력(PMIN)의 2배에 미치지 못하는 지역으로 정의할 수 있다. 즉, 상기 간섭 구역은 다음 수학식으로 표현된다.Optionally, the severe interference zone may be defined as an area where the highest transmit power (PMAX) is less than twice the lowest transmit power (PMIN). That is, the interference zone is represented by the following equation.

PMAX < 2 * PMIN P MAX <2 * P MIN

본 발명의 일 실시예에 따라, 기지국 주변에 3 개의 중계국이 서로 다른 위치에 존재하는 3 섹터(3 sector) 토폴로지를 가정한다. 상기 기지국은 상기 3 개의 중계국에 의해 3개로 나뉘어진 섹터를 각각 담당하는 3 개의 방향성 안테나를 가진다. 상기 방향성 안테나는 IEEE 802.16e 에서부터 성능 향상을 위해 널리 보편화되었다. 반면 상기 각각의 중계국은 전방향 안테나 한 개를 사용한다.According to an embodiment of the present invention, assume a three sector topology in which three relay stations exist in different locations around a base station. The base station has three directional antennas each responsible for three sectors divided by the three relay stations. The directional antenna has been widely used to improve performance since IEEE 802.16e. Each relay station, on the other hand, uses one omni-directional antenna.

도 6a와 도 6b는 IEEE 802.16j 표준에서 제안하는 프레임 구조의 예이다. 6A and 6B are examples of a frame structure proposed by the IEEE 802.16j standard.

다운링크 릴레이 존에서 기지국은 3 개의 중계국에게 버스트(burst)를 할당하여 전송한다. 버스트 할당에 따라 중계국들은 송신도 수신도 하지 않는 아이들(idle) 구간을 가지기도 하고, 그렇지 않기도 한다.In the downlink relay zone, the base station allocates and transmits a burst to three relay stations. Depending on the burst allocation, relay stations may or may not have an idle section that neither transmits nor receives.

도 6a의 경우, RS1과 RS3은 아이들 구간을 가지는 반면, RS2는 아이들 구간이 없다. In the case of FIG. 6A, RS1 and RS3 have an idle section, while RS2 does not have an idle section.

도 6b의 경우, 3 개의 중계국이 모두 아이들 구간을 가진다. 하지만 RS2와 RS3에 비해 RS1이 훨씬 큰 아이들 구간을 가진다. In the case of FIG. 6B, all three relay stations have idle sections. However, RS1 has much larger idle intervals than RS2 and RS3.

도 7은 본 발명에 따른 다운링크 릴레이 존의 버스트(burst) 할당 예를 도시한다.7 shows an example burst allocation of a downlink relay zone in accordance with the present invention.

만약 릴레이 존에서 기지국이 중계국들에게 TDM(time division multiplexing; 시분할 다중화)방식으로 전송을 한다면, 도 7과 같이 아이들 구간이 보장된다. 상기 모든 중계국들에게 같은 양의 자원을 할당할 경우, 상기 각각의 중계국은 상기 릴레이 존의 2/3를 아이들 상태로 있게 된다. 즉, 상기 릴레이 존을 시간 축으로 상기 중계국에 의해 구분되는 섹터 수만큼 서브 릴레이 존으로 분할하 고, 상기 서브 릴레이 존 동안에 상기 기지국이 상기 중계국에게 데이터를 전송한다면, 모든 중계국들을 위한 아이들 구간이 일정하게 보장된다.If the base station transmits to the relay stations in a time division multiplexing (TDM) scheme in the relay zone, an idle period is guaranteed as shown in FIG. 7. When allocating the same amount of resources to all the relay stations, each relay station will idle two-thirds of the relay zone. That is, if the relay zone is divided into sub relay zones by the number of sectors separated by the relay station on the time axis, and the base station transmits data to the relay station during the sub relay zone, idle periods for all relay stations are constant. Is guaranteed.

본 발명은 일정하게 보장되는 상기 아이들 구간을 새로운 액세스 구간으로 사용하고자 한다.The present invention intends to use the idle interval, which is constantly guaranteed, as a new access interval.

도 7에서 릴레이 존을 크게 3부분으로 나누었다. T1은 RS1이 수신하는 구간이며, T2, T3는 각각 RS2, RS3가 수신하는 구간이다. In FIG. 7, the relay zone is divided into three parts. T1 is a section received by RS1, and T2 and T3 are sections received by RS2 and RS3, respectively.

도 8에 T1 구간에서의 전송 커버리지를 도시하였다. 8 shows transmission coverage in the T1 section.

상기 T1 구간에서 상기 RS2와 RS3가 전송을 한다고 가정하면 도 8과 같은 전송 커버리지를 갖는다. 상기 RS2와 RS3가 각자 자신의 하위 이동국에게 전송을 하여도 기지국으로부터 데이터 수신중인 RS1에게 거의 영향을 미치지 않는데, 이는 상기 기지국의 방향성 안테나 특성으로 인한 것이다. 따라서 상기 RS2와 RS3는 상기 T1 구간에서 자신의 커버리지에 속하는 간섭 발생지역에 있는 이동국들에게 상기 기지국과 같은 주파수 자원을 사용하여 데이터 전송을 할 수 있는 것이다.Assuming that RS2 and RS3 transmit in the T1 section, they have transmission coverage as shown in FIG. 8. Although RS2 and RS3 transmit to their subordinate mobile stations, they have little effect on RS1 receiving data from the base station, which is due to the directional antenna characteristics of the base station. Accordingly, the RS2 and the RS3 can transmit data using the same frequency resources as those of the base station to the mobile stations in the interference generating area belonging to their coverage in the T1 section.

상기 각각의 중계국은 인접한 두 개의 중계국과 사이에서 간섭 발생 영역들을 가진다. 상기 RS2는 간섭 구역 3과 4를, 상기 RS3는 간섭 구역 5와 6을 갖는다. 그러나 상기 T1 구간 에서, 상기 RS1을 향한 방향성 안테나에 의한 기지국의 커버리지가 간섭 지역 3과 6에는 적지 않은 영향을 끼친다. 따라서 상기 각각의 중계국은 상기 기지국의 데이터 전송에 의한 간섭이 상대적으로 적은 영역 내의 이동국으로 데이터를 전송한다. 즉, 상기 RS2는 간섭 구역 4에 있는 이동국들을, 상기 RS3는 간섭 구역 5에 위치한 이동국들을 서비스하게 한다. Each relay station has interference generating areas between two adjacent relay stations. The RS2 has interference zones 3 and 4 and the RS3 has interference zones 5 and 6. However, in the T1 section, the coverage of the base station by the directional antenna toward the RS1 has a significant effect on the interference areas 3 and 6. Accordingly, each relay station transmits data to a mobile station in an area where interference by data transmission of the base station is relatively low. That is, the RS2 serves the mobile stations in the interference zone 4 and the RS3 serves the mobile stations in the interference zone 5.

상기 아이들 구간이 다른 중계국의 아이들 구간과 중첩되는 경우에는 상기 다른 중계국과 주파수 자원을 분할하여 공유한다. 상기 RS2와 RS3가 같은 주파수 대역으로 전송을 한다면 간섭 구역 4와 5의 간섭이 심하게 되므로, 상기 T1 구간 동안 상기 RS2와 RS3는 주파수 대역을 반으로 나누어 서로 다른 대역을 하위 이동국을 향한 다운링크 전송에 사용하는 것이다. 따라서 기지국의 방향성 안테나 특성을 이용하여, 아이들 상태인 중계국들이 간섭 없이 주파수 재사용을 할 수 있게 된다.When the idle section overlaps with the idle section of another relay station, frequency resources are shared with the other relay station. If the RS2 and the RS3 transmit in the same frequency band, the interference of the interference zones 4 and 5 becomes severe. Thus, during the T1 period, the RS2 and RS3 divide the frequency band in half and transmit different bands to the downlink transmission to the lower mobile station. To use. Therefore, by using the directional antenna characteristics of the base station, the relay stations in the idle state can be reused without interference.

상기 설명한 방법을 상기 릴레이 존 내의 타임 슬롯인 T2, T3에도 적용한다. The above-described method is also applied to the time slots T2 and T3 in the relay zone.

도 9는 본 발명이 제안하는 방법에 따라 릴레이 존의 프레임 구조를 도시한 것이다. 9 illustrates a frame structure of a relay zone according to the method proposed by the present invention.

다운링크 액세스 존은 오버랩 방식으로 모든 서비스국들이 같은 주파수 대역을 이용하여 서비스한다. 상기 액세스 존에 의해 서비스 받는 이동국은 간섭 구역에 있지 않은 이동국들로 한정한다. 상기 간섭 구역에 있는 이동국들은 릴레이 존에 새로 할당된 6개의 전송 구간(A~F)에서 서비스한다. 상기 6 개의 구간을 간섭-자유 슬롯(interference-free slot)으로 칭한다. 상기하였듯이, 각 구간별로 기지국이 영향을 끼치는 구역이 다르므로 간섭-자유 슬롯마다 서비스할 수 있는 서비스국과 간섭 구역이 다르다. The downlink access zone is overlapped so that all service stations use the same frequency band. Mobile stations served by the access zone are limited to mobile stations that are not in the interference zone. Mobile stations in the interfering zone serve in six transmission intervals A to F newly allocated to the relay zone. The six sections are referred to as interference-free slots. As described above, since the area affected by the base station is different for each section, the service station that can serve each interference-free slot is different from the interference area.

그러나 상기 간섭 구역에 있는 서비스 중단 상태의 이동국들만을 간섭-자유 슬롯에서 액세스 하는 것은 아니다. 예를 들어, 전체 이동국들 중 10%가 서비스 중단 상태에 있고, 15%의 이동국을 간섭-자유 슬롯에서 액세스 할 수 있는 상황을 가 정한다면, 서비스 중단 상태의 이동국들 외에도 MCS 레벨이 좋지 않은(즉, BPSK 1/2 상태인) 5%의 이동국들을 추가적으로 간섭-자유 슬롯에서 액세스 하게 된다. 간섭-자유 슬롯은 셀 내의 중계국과 기지국간의 간섭이 없으므로, 액세스 존에서보다 MCS레벨이 향상되기 때문이다.However, only mobile stations in the interrupted service state in the interference zone are not accessed in the interference-free slot. For example, suppose that 10% of all mobile stations are in service outages and 15% of mobile stations are accessible in the interference-free slots. That is, 5% of mobile stations (which are in BPSK 1/2 state) will be accessed in an additional interference-free slot. This is because the interference-free slot has no interference between the relay station and the base station in the cell, so that the MCS level is improved than in the access zone.

각각의 간섭-자유 슬롯에서 서비스 가능한 서비스국(중계국)과 간섭 구역을 표 1에 표시하였다.Table 1 shows the service stations (relay stations) and the interference zones serviceable in each interference-free slot.

슬롯slot 전송 RSTransmit RS 서비스 가능 간섭 지역Serviceable Interference Area AA RS2RS2 44 BB RS1RS1 1One CC RS1RS1 22 DD RS3RS3 55 EE RS3RS3 66 FF RS2RS2 33

IEEE802.16j 표준에 의해 제시된 프레임 구조는 자원 할당 방식에 따라 셀 용량과 셀 내 간섭 간에 트레이드 오프 관계가 성립한다. 서비스국들이 동일한 주파수 대역을 사용함으로써 셀 용량을 증가시킬 수 있으나, 셀 내 심한 간섭이 발생한다. 반면, 서비스국간에 주파수를 직교 방식으로 분배하여 사용할 경우에는, 상기 셀 내 간섭이 발생하지 않지만, 셀 용량이 크게 줄어든다. The frame structure proposed by the IEEE802.16j standard establishes a trade-off relationship between cell capacity and intra-cell interference according to a resource allocation scheme. Service stations can increase cell capacity by using the same frequency band, but severe interference occurs within the cell. On the other hand, when the frequency is distributed in the orthogonal manner among the service stations, the intra-cell interference does not occur, but the cell capacity is greatly reduced.

본 발명이 제안하는 프레임 구조는 기지국의 방향성 안테나와 다운링크 릴레이 존에서 중계국의 아이들 상태(idel state)인 구간을 활용하여 셀 용량을 증가시킨다. The frame structure proposed by the present invention increases the cell capacity by utilizing an interval that is an idle state of the relay station in the directional antenna and the downlink relay zone of the base station.

도 10에 액세스 존과 릴레이 존의 비율에 따른 셀 용량의 증가율을 도시한다.10 shows an increase rate of the cell capacity according to the ratio of the access zone to the relay zone.

증가되는 셀 용량은 다운링크의 액세스 존과 릴레이 존의 비율에 따라 달라진다. 상기 릴레이 존의 비율이 클수록 본 발명에 의한 셀 용량의 증가율도 커짐을 알 수 있다. 증가된 셀 용량을 이용하여 심한 간섭 구역에 위치한 이동국을 서비스 함으로써 셀 용량 문제와 셀 내 간섭 문제를 동시에 해결할 수 있다.The increased cell capacity depends on the ratio of downlink access zones and relay zones. It can be seen that the larger the ratio of the relay zone, the larger the increase rate of the cell capacity according to the present invention. By using the increased cell capacity to service the mobile station located in the severe interference zone it is possible to solve both the cell capacity problem and the intra-cell interference problem at the same time.

본 발명에 따른 프레임 구조를 이용한 시스템에서 시뮬레이션 한 결과, 서비스국의 커버리지 내에 위치한 전체 이동국들 중 11.4%~20.1%의 이동국들을 릴레이 존의 간섭-자유 슬롯에서 서비스하는 것으로 나타났다. Simulation results in a system using a frame structure according to the present invention show that 11.4% to 20.1% of all mobile stations located within the coverage of the service station serve in the interference-free slot of the relay zone.

상기 간섭-자유 슬롯에서 서비스 할 수 있는 이동국의 수는 매 프레임의 트래픽(traffic) 상황에 따라 달라진다. 기본적으로는, 기지국보다는 중계국들이 하위 이동국들에게 더 많은 데이터를 전송할수록, 상기 간섭-자유 슬롯에서 액세스 가능한 이동국들의 비율이 커진다. 상기 간섭-자유 슬롯의 영역은 릴레이 존의 크기에 비례하기 때문에 상기 릴레이 존의 비율이 커질수록, 상기 간섭-자유 슬롯의 영역이 커지고, 상기 간섭-자유 슬롯에서 액세스 할 수 있는 이동국들의 비율도 커진다. 따라서, 상기 릴레이 존의 비율에 영향을 주는 트래픽 상황에 따라 서비스 가능한 이동국들의 비율이 변하는 것이다.The number of mobile stations that can serve in the interference-free slots depends on the traffic situation of every frame. Basically, the more relay stations transmit data to subordinate mobile stations than the base station, the greater the percentage of mobile stations accessible in the interference-free slot. Since the area of the interference-free slot is proportional to the size of the relay zone, the larger the ratio of the relay zone is, the larger the area of the interference-free slot is, and the larger the percentage of mobile stations accessible in the interference-free slot. . Thus, the proportion of mobile stations that can be serviced varies according to traffic conditions that affect the ratio of the relay zone.

도 11과 도 12에 본 발명에서 제안하는 방식의 프레임 구조를 적용한 경우의 성능을 MCS레벨과 평균 전송량 면에서 비교하여 설명하였다.The performance in the case of applying the frame structure of the method proposed by the present invention to FIGS. 11 and 12 has been described in terms of MCS level and average transmission amount.

본 발명을 적용하여 실험한 결과, MCS 레벨 분포가 오버랩 방식의 자원 할당에 비해 상승하였으며, 서비스 중단(service outage) 문제가 해소되었다.(도 11)As a result of experimenting with the present invention, the MCS level distribution is increased compared to the overlapping resource allocation, and the service outage problem is solved (FIG. 11).

또한, 본 발명을 적용하여 실험한 결과, 셀 당 평균 전송량(average throughput per cell)도 오버랩 방식의 자원 할당에 비해 35%, 직교 방식의 자원 할당에 비해 117% 증가 하였다.(도 12)In addition, as a result of experimenting with the present invention, the average throughput per cell also increased by 35% compared to the overlapped resource allocation and 117% compared to the orthogonal resource allocation (FIG. 12).

도 1a은 IEEE 802.16j의 3-섹터(sector) 방식 토폴로지(topology) 개요도,1A is a schematic of a three-sector topology of IEEE 802.16j;

도 1b은 IEEE 802.16j의 프레임(frame) 구조조,Figure 1b is a frame structure of IEEE 802.16j,

도 2a는 오버랩 방식에서 다운링크 액세스 존의 주파수 자원 할당 예시도,2A illustrates an example of frequency resource allocation of a downlink access zone in an overlap scheme;

도 2b는 직교 방식에서 다운링크 액세스 존의 주파수 자원 할당 예시도,2b illustrates an example of frequency resource allocation of a downlink access zone in an orthogonal scheme;

도 3은 자원 할당 방식에 따른 MCS 레벨 분포도,3 is an MCS level distribution diagram according to a resource allocation scheme;

도 4는 자원 할당 방식에 따른 평균 전송량 비교도,4 is a comparison diagram of average transmission amount according to a resource allocation scheme;

도 5는 3개의 중계국을 가정한 셀의 간섭 발생 영역 예시도,5 is a diagram illustrating an interference occurrence area of a cell assuming three relay stations;

도 6a은 IEEE 802.16j 표준에 따라 가능한 프레임 구조 예시도, 6A is an exemplary frame structure possible according to the IEEE 802.16j standard.

도 6b은 IEEE 802.16j 표준에 따라 가능한 프레임 구조 예시도, 6B is an exemplary frame structure possible according to the IEEE 802.16j standard.

도 7은 본 발명에 따른 다운링크 릴레이 존의 버스트(burst) 할당 예시도,7 is an exemplary burst allocation diagram of a downlink relay zone according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 T1 구간에서의 전송 커버리지 구조도,8 is a diagram illustrating a structure of transmission coverage in a T1 section according to the present invention;

도 9는 본 발명에 따른 릴레이 존의 프레임 구조도,9 is a frame structure diagram of a relay zone according to the present invention;

도 10은 액세스 존과 릴레이 존의 비율에 따른 셀 용량의 비교도,10 is a comparison diagram of cell capacity according to a ratio of an access zone and a relay zone;

도 11은 본 발명에 따른 프레임 구조를 적용한 경우의 MCS레벨 분포도,11 is an MCS level distribution diagram when the frame structure according to the present invention is applied;

도 12은 본 발명에 따른 프레임 구조를 적용한 경우의 평균 전송량 비교도.12 is a comparison diagram of average transmission amounts when the frame structure according to the present invention is applied.

Claims (8)

방향성 안테나의 사용에 의해 전체 서비스 영역이 적어도 세 개의 섹터로 분할되는 기지국과, 상기 섹터들 각각에 존재하는 중계국들을 포함하는 이동통신 시스템에서의 데이터 전송 방법에 있어서,A data transmission method in a mobile communication system comprising a base station in which an entire service area is divided into at least three sectors by use of a directional antenna, and relay stations existing in each of the sectors. 상기 기지국이 상기 중계국에게 데이터를 전송하기 위한 릴레이 존을 시간 축으로 상기 섹터 수만큼의 서브 릴레이 존으로 분할하는 과정, 및Dividing, by the base station, a relay zone for transmitting data to the relay station into sub relay zones equal to the number of sectors on a time axis; and 상기 분할된 서브 릴레이 존 각각에서 대응하는 섹터 내의 중계국으로 데이터를 전송하는 과정을 포함하는 데이터 전송 방법.And transmitting data from each of the divided sub relay zones to a relay station in a corresponding sector. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 중계국이 상기 서브 릴레이 존들 중 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하지 않는 서브 릴레이 존을 아이들(idle) 구간으로 선택하여 이동국으로 데이터를 전송하며, 상기 아이들 구간이 다른 중계국의 아이들 구간과 중첩되는 경우에는 상기 아이들 구간의 서브 릴레이 존을 주파수 측에서 분할하여 상기 다른 중계국과 공유함을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.When the relay station selects a sub relay zone that does not receive data from the base station among the sub relay zones as an idle section and transmits data to the mobile station, when the idle section overlaps with an idle section of another relay station, And dividing the sub relay zone in the idle section on the frequency side and sharing the same with the other relay station. 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 아이들 구간에서 상기 중계국은, 상기 중계국에 인접한 두 개의 중계국과의 간섭 발생 영역들 중 상기 기지국의 데이터 전송에 의한 간섭이 상대적으로 적은 간섭 발생 영역 내의 이동국으로 데이터를 전송하는 데이터 전송 방법.In the idle period, the relay station transmits data to a mobile station within an interference generating area where interference by data transmission of the base station is relatively low among the interference generating areas with two relay stations adjacent to the relay station. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 간섭 발생 영역은 셀 내에서의 최고 송신 전력(PMAX)이 셀 내에서의 최저 송신 전력(PMIN)의 2배 미만인 영역임을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.And wherein the interference generating area is an area where a maximum transmit power (PMAX) in a cell is less than twice the minimum transmit power (PMIN) in a cell. 이동통신 시스템에 있어서,In the mobile communication system, 방향성 안테나의 사용에 의해 전체 서비스 영역이 적어도 세 개의 섹터로 분할되고, 릴레이 존을 시간 축으로 상기 섹터 수만큼의 서브 릴레이 존으로 분할하며, 상기 분할된 서브 릴레이 존 각각에서 대응하는 섹터 내의 중계국으로 데이터를 전송하는 기지국을 포함하는 이동통신 시스템.The use of the directional antenna divides the entire service area into at least three sectors, divides the relay zone into sub-relay zones by the number of sectors on a time axis, and from each of the divided sub relay zones to a relay station in the corresponding sector. A mobile communication system comprising a base station for transmitting data. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 중계국은 상기 서브 릴레이 존들 중 상기 기지국으로부터 데이터를 수신하지 않는 서브 릴레이 존을 아이들(idle) 구간으로 선택하여 이동국으로 데이터 를 전송하며, 상기 아이들 구간이 다른 중계국의 아이들 구간과 중첩되는 경우에는 상기 아이들 구간의 서브 릴레이 존을 주파수 측에서 분할하여 상기 다른 중계국과 공유하도록 함을 특징으로 하는 이동통신 시스템.The relay station selects a sub relay zone that does not receive data from the base station among the sub relay zones as an idle section, and transmits data to the mobile station. When the idle section overlaps with an idle section of another relay station, And dividing the sub relay zone of the idle section on the frequency side to share with the other relay station. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 중계국은 상기 아이들 구간에서, 상기 중계국에 인접한 두 개의 중계국과의 간섭 발생 영역들 중 상기 기지국의 데이터 전송에 의한 간섭이 상대적으로 적은 간섭 발생 영역 내의 이동국으로 데이터를 전송함을 특징으로 하는 이동통신 시스템.In the idle period, the RS transmits data to a mobile station in an interference generating area having relatively little interference due to data transmission of the base station among the interference generating areas with two RSs adjacent to the relay station. system. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 간섭 발생 영역은 셀 내에서의 최고 송신 전력(PMAX)이 셀 내에서의 최저 송신 전력(PMIN)의 2배 미만인 영역임을 특징으로 하는 이동통신 시스템.The interference generating area is a mobile communication system, characterized in that the maximum transmit power (PMAX) in the cell is less than twice the minimum transmit power (PMIN) in the cell.
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