KR20110007804A - 릴레이 기술을 이용한 패킷 데이터 전송 제어 방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선망에서의 릴레이 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 도너기지국의 매체접속제어(Medium Access Control:MAC) 계층에서의 데이터 전송 방법은 상위 계층으로부터 수신된 데이터가 릴레이노드로 전송할 데이터인지 여부를 확인하는 단계; 확인 결과, 릴레이노드로 전송할 데이터인 경우, 소정의 릴레이노드식별자를 포함하는 MAC 프레임을 구성하는 단계, 상기 MAC 프레임을 소정의 물리 채널을 통해 상기 릴레이노드식별자에 상응하는 릴레이노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 릴레이노드식별자를 통해 릴레이노드에서 자신이 수신할 데이터인지 여부를 확인할 수 있는 장점이 있다.

LTE, Relay Node, Donor NodeB, RN식별자, MAC, RLC

Description

릴레이 기술을 이용한 패킷 데이터 전송 제어 방법 및 그 시스템{Method and System for Controlling the Packet Data Transmission Using Relay Technology}

본 발명은 무선망에서의 패킷 데이터 전송 제어 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는, 릴레이 기술이 적용되는 이동 통신 시스템에서의 종단간의 패킷 데이터 전송을 제어하는 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

3세대 이동 통신을 대표하는 표준화 기구로는 크게 비동기식 서비스를 지향하는 3GPP(3^rd Generation Partnership Project)와 동기식 서비스를 지향하는 3GPP2(3^rd Generation Partnership Project 2)로 구분된다.

특히, 3GPP는 비동기 IMT-2000 서비스와 관련된 국제 표준화 기구로서 유럽을 중심으로 한국, 미국, 일본, 중국 등 세계 각국의 이동통신 관련 회사들이 참여하여 국제 표준을 제정하는 단체로서, 1999년에 WCDMA 기반의 3세대 이동통신 규격을 제정하였고, 이후 고속의 패킷 데이터 통신을 지향하는 최대 데이터 전송속도가 14.4kbps에 달하는 HSDPA/HSUPA 규격을 제정하였다.

현재, 3GPP는 상향 링크 및 하향 링크에 대해 각각 최대 100Mbps 및 50Mbps 의 패킷 데이터 전송 속도를 20MHz 대역폭 내에서 제공하는 것을 주된 목표로 하는 LTE(Long Term Evolution) 프로젝트에 대한 표준화를 활발히 진행하고 있다.

본 발명의 목적은 릴레이 기술을 이용하는 무선망에서의 패킷 데이터 전송 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 릴레이 기술이 적용되는 무선망에서의 핸드 오버 제어 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 릴레이 기술을 이용하는 무선망에서의 단말 최대 전송 파워를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 도너기지국의 매체접속제어(Medium Access Control:MAC) 계층에서의 데이터 전송 방법이 개시된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도너기지국의 매체접속제어(Medium Access Control:MAC) 계층에서의 데이터 전송 방법은 상위 계층으로부터 수신된 데이터가 릴레이노드로 전송할 데이터인지 여부를 확인하는 단계; 확인 결과, 릴레이노드로 전송할 데이터인 경우, 소정의 릴레이노드식별자를 포함하는 MAC 프레임을 구성하는 단계, 상기 MAC 프레임을 소정의 물리 채널을 통해 상기 릴레이노드식별자에 상응하는 릴레이노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 릴레이 기술을 이용하는 무선망에서의 패킷 데이터 전송 제어 방법을 제공하는 장점이 있다.

본 발명은 릴레이 기술이 적용되는 무선망에서의 핸드 오버 제어 방법을 제공하는 장점이 있다.

본 발명은 릴레이 기술을 이용하는 무선망에서의 단말 최대 전송 파워를 제어하는 방법을 제공하는 장점이 있다.

본 발명의 다른 효과들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

이하에서, 본 발명에 따른 릴레이 기술을 이용한 패킷 데이터 전송 제어 방법 및 그 시스템에 관한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도1은 종래 및 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템인 E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System)의 망구조를 나타낸 그림이다.

E-UMTS시스템은 기존 UMTS시스템에서 진화한 시스템이다. E-UMTS 시스템은 LTE(Long Term Evolution) 시스템이라고 한다.

E-UMTS망은 크게 E-UTRAN과 CN으로 구분 할 수 있다. E-UTRAN은 단말 (User Equipment; 이하 UE로 약칭)과 기지국 (이하 'eNode B'로 약칭), 망의 종단에 위치하여 외부망과 연결되는 서빙 게이트웨이(Serving Gateway; 이하 'S-GW'로 약칭)와 단말의 이동성을 관장하는 이동관리개체(Mobility Management Entity; 이하 MME로 약칭)으로 구성되어 있다. 하나의 eNode B에는 하나 이상의 셀(Cell)이 존재할 수 있다.

도 2는 3GPP 무선접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol)의 구조를 나타낸다.

상기 무선인터페이스 프로토콜은 수평적으로 물리계층(Physical Layer), 데이터 링크계층(Data Link Layer) 및 네트워크계층(Network Layer)으로 이루어지며, 수직적으로는 사용자 데이터 전송을 위한 사용자평면(User Plane)과 제어신호(Signaling)전달을 위한 제어평면(Control Plane)으로 구분된다.

프로토콜 계층들은 통신시스템에서 널리 알려진 개방형시스템간상호접속 (Open System Interconnection; OSI)기준모델의 하위 3개 계층을 바탕으로 L1 (제1계층), L2 (제2계층), L3(제3계층)로 구분될 수 있다.

이하에서 상기 도 2의 무선프로토콜 구조의 각 계층을 상세히 설명한다.

제1계층인 물리계층은 물리채널(Physical Channel)을 이용하여 상위 계층에게 정보전송서비스(Information Transfer Service)를 제공한다. 물리계층은 상위에 있는 매체접속제어(Medium Access Control)계층과는 전송채널(Transport Channel)을 통해 연결되어 있으며, 이 전송채널을 통해 매체접속제어계층과 물리계층 사이의 데이터 송수신이 이루어진다. 그리고, 서로 다른 물리계층 사이, 즉 송신 측과 수신 측의 물리계층 사이에서는 물리채널을 통해 데이터가 송수신된다.

제2계층의 매체접속제어 (Medium Access Control; 이하, 'MAC'이라 명함)는 논리채널(Logical Channel)을 통해 상위계층인 무선링크제어(Radio Link Control)계층에게 서비스를 제공한다. 제2계층의 무선링크제어(Radio Link Control; 이하 RLC로 약칭)계층은 신뢰성 있는 데이터의 전송을 지원한다. 제2계층의 PDCP 계층은 IPv4나 IPv6와 같은 IP 패킷 전송시에 대역폭이 작은 무선 구간에서 효율적으로 전송하기 위하여 상대적으로 크기가 크고 불필요한 제어정보를 담고 있는 IP 패킷 헤더 사이즈를 줄여주는 헤더압축 (Header Compression) 기능을 수행한다. 또한 PDCP계층에서는 패킷데이터 암호화(ciphering)기능을 담당한다.

제3계층의 가장 하부에 위치한 무선자원제어(Radio Resource Control; 이하 'RRC'라 약칭함)계층은 제어평면에서만 정의되며, 무선베어러 (Radio Bearer; RB라 약칭함)들의 설정(Configuration), 재설정(Re-configuration) 및 해제(Release)와 관련되어 논리채널, 전송채널 및 물리채널들의 제어를 담당한다.

이때, RB는 단말과 UTRAN간의 데이터 전달을 위해 제2계층에 의해 제공되는 서비스를 의미한다. 이때, RB는 단말과 UTRAN간의 데이터 전달을 위해 무선 프로토콜의 제1 및 제 2계층에 의해 제공되는 논리적 경로를 의미하고, 일반적으로 RB가 설정된다는 것은 특정 서비스를 제공하기 위해 필요한 무선 프로토콜 계층 및 채널의 특성을 규정하고, 각각의 구체적인 파라미터 및 동작 방법을 설정하는 과정을 의미한다.

특정 단말의 RRC계층과 UTRAN의 RRC계층이 서로 RRC 메시지를 주고 받을 수 있도록 연결되어 있을 때 해당 단말은 RRC연결 상태(Connected state)에 있게 되며, 연결되어 있지 않을 때 해당 단말은 휴지상태(Idle state) 상태에 있게 된다.

논리채널(Logical channel)은 RLC엔티티와 MAC엔티티 사이에서 정의되는 채널이며, 상기 논리채널상의 데이터의 특성에 따라서 구분될 수 있다. 전송채널(Transport Channel)은 물리계층과 MAC엔티티 사이에서 정의되는 채널이며, 상기 전송채널상의 데이터가 어떤 방식으로 전송되는지에 따라서 구분될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 이동 통신 시스템에서의 릴레이 기술을 이용한 데이터 전송 방법 및 장치에 관하여 관련 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

릴레이(Relay) 기술은 고속데이터전송을 위한 커버리지 확장과 셀 경계(Cell Edge)에서의 전송률 향상 등을 목적으로 도입되었고, 현재 LTE-Advanced 기술 표준 과제로 채택되어 연구가 진행 중이다. 그러나 현재 3GPP 표준에서는 릴레이 노드(Relay Node, 이하 'RN'이라 칭함)와 관련한 프로토콜 구조 및 기능 요소에 대한 구체적인 결정 사항이 없는 실정이다.

따라서 본 발명에서는 RN에 대한 프로토콜 계층 구조-여기서, 프로토콜 계층 구조는 사용자 평면 및 제어 평면의 구조를 포함함-, 및 도너 기지국(Donor eNB, 이하 DeNB라 칭함)과 RN 사이의 무선 베어러(radio bearer) 설정 방법을 상세히 살펴보기로 한다. 또한, DeNB가 RN을 통해 해당 UE로 데이터를 전송하는 방법 등에 대해 상세히 기술하고자 한다.

본 발명에 따른 DeNB는 원격 기지국인 RN의 운용, 제어 및 무선 자원 할당 기능을 수행할 수 있다. 또한, DeNB는 RN과의 무선 신호 송수신 기능을 수행할 수 있다. RN은 DeNB와 동일한 주파수 대역을 사용할 수 있으며, DeNB에 비해 상대적으 로 낮은 파워를 송출하여 DeNB의 셀 커버리지를 확장하고, 셀 가장자리에서의 전송률을 향상시키는 기능을 수행한다.

도 3은 본 발명에 따른 LTE-Advanced 릴레이 네트워크 구조이다.

도 3을 참조하면, S1 인터페이스(301)는 도너기지국(Donor NodeB, 320 내지 321, 이하, 'DeNB'이라 명함)과 MME/SAE Gateway(310)간 시그널링 프로토콜이며, X2 인터페이스(302)는 DeNB 간의 시그널링을 위해 정의된 프로토콜이다. Un 인터페이스(303)는 도너기지국(320)과 RN(330) 사이의 정보 교환을 위한 무선 전송 프로토콜이다. Uu 인터페이스(304)는 UE(340 내지 341)와 DeNB(320 내지 321)/RN(330) 간의 정보 교환을 위해 정의된 무선 전송 프로토콜로서, RN에 접속한 UE들을 위한 무선 백홀(wireless backhaul)의 기능을 수행한다.

도 4는 본 발명에 따른 EPS 베어러 서비스 계층 구조이다.

도 4를 참조하면, 종단간서비스(End to End Service, 410)는 UE(401)와 인터넷망에 연결된 종단 엔티티(Peer Entity, 406) 사이에 제공되는 데이터 전송 서비스를 의미한다.

EPS 베어러(Evolved Packet System Bearer, 420)는 종단간서비스(410)의 일부로서, EPC(Evolved Packet Core)-여기서, EPC는 S-GW(Serving Gateway, 404)와 P-GW(Packet data network Gateway, 405)를 포함함- UE(401) 사이의 패킷을 전송한다.

E-RAB(Evolved-Radio Access Bearer, 430)는 S-GW(404)와 UE(401) 사이의 EPS 베어러 패킷를 전송한다. E-RAB이 존재하면, E-RAB과 EPS 베어러 사이에는 1:1 매핑 관계가 성립할 수 있다.

무선베어러(Radio Bearer, 이하, 'RB'이라 함, 450)은 DeNB(403)와 UE(401) 사이의 EPS 베어러 패킷을 무선상으로 전송한다. 만약, 무선베어러가 존재하면, EPS 베어러/E-RAB와 RB는 1:1 매핑 관계를 가질 수 있다.

S1 베어러(S1 bearer, 460)은 DeNB(403)과 S-GW(404) 사이의 E-RAB 패킷을 전송한다. S5/S8 베어러(S5/S8 Bearer, 440)은 S-GW(404)와 P-GW(405) 사이의 EPS 베어러 패킷을 전송한다. 만약, DeNB와 UE 사이에 RN(402)가 존재하는 경우, RB는 DeNB와 RN 사이의 EPS 베어러 패킷을 전송하기 위한 Un 무선 베어러(Un Radio Bearer, 470, 이하, 'Un RB'이라 명함)과 RN과 UE사이의 EPS 베어러 패킷을 전송하는 Uu 무선 베어러(Uu Radio Bearer, 480, 이하, 'Uu RB'이라 명함)로 구분될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 릴레이 시스템에서의 사용자 평면 구조이다.

도 5에 도시된 바와 같이, Un 베어러(bearer)는 DeNB와 RN 사이에서 순수한 L2 링크(Pure L2 Link)로 구성될 수 있다. 상세하게, RN과 DeNB의 LTE PHY, LTE MAC, LTE RLC 및 LTE PDCP 계층 각각은 RN의 대응하는 계층과 종단간 통신을 수행한다. 도 5를 참조하면, GTP-U(GPRS Tunneling Protocol-User plane) 메지시는 P/S-GW와 RN 사이에서 교환된다. 또한, DeNB와 P/S-GW는 순수한 IP 통신을 통해 패킷을 교환한다. 즉, DeNB에는 GTP-U 계층과 UDP(User Datagram Protocol) 계층이 존재하지 않을 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 릴레이 시스템에서의 사용자 평면 구조이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이 시스템의 사용자 평면은 RN과 P/S-GW(Packet Data Network(PDN)/Serving Gateway) 사이에 설정된 EPS(Evolved Packet System) 베어러의 일부일 수 있다. 여기서, EPS는 연결 기반 전송 네트워크로서, 2개의 종단-예를 들면, UE와 P-GW- 사이의 데이터 전송 이전에 가상 연결(Virtual Connection, 이하, 'EPS 베어러'이라 명함-의 설정이 요구된다. 즉, EPS 베어러는 두 종단-예를 들면, UE와 P-GW- 사이의 데이터 전송 서비스를 제공한다.

도 6을 참조하면, P/S-GW와 RN은 수평적으로 GTP-U/UDP/IP/L2/L1 계층 구조를 이용하여 종단간 통신이 이루어지며, DeNB와 RN은 수평적으로 순수 L2/L1 Link-즉, LTE PDCP/RLC/MAC/PHY-를 이용하여 종단간 통신이 이루어진다.

이하에서는 본 발명에 따른 DeNB와 RN 사이의 데이터 송수신 방법에 대해 상세히 살펴보기로 한다.

DeNB와 RN은 무선 인터페이스를 통해 송수신을 하며, DeNB의 입장에서 RN은 하나의 단말과 같이 운용될 수 있다. 따라서 DeNB는 RN을 식별하는 소정의 RN 식별자 정보를 포함한 데이터를 해당 RN으로 전송한다. 예를 들면, 상기 RN 식별자 정보는 DeNB의 MAC 계층에서 MAC 헤더(header)의 일측에 포함시킬 수 있다. RN은 DeNB로부터 수신된 무선 신호를 복호한 후, MAC 헤더에 포함된 RN 식별자를 미리 할당된 RN 식별자와 동일한 경우에 한해서 해당 패킷을 수신할 수 있다. 만약, 다른 경우, RN은 해당 패킷을 폐기할 수 있다.

DeNB와 RN사이에서의 데이터 전송은 DeNB입장에서 볼 때 RN을 하나의 단말로 간주하여 데이터 전송을 하므로, 기존의 eNB에서 UE로 데이터 전송을 할 때와는 차 이가 있을 수 있다. 예를 들면, RN은 해당 RN 영역 내에 위치한 한 개 이상의 UE와 무선 링크를 설정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 DeNB는 RN에 연결된 적어도 하나의 UE 패킷들을 다중화하여 RN에 전송할 수 있다. RN은 다중화된 패킷을 수신하면, 이를 역다중화하여 UE별로 무선상에 전송할 수 있다. 이를 위해, DeNB는 UE를 식별하기 위한 소정의 단말식별자를 다중화된 패킷의 일측에 포함시킬 수 있다. 여기서, 다중화된 패킷은 DeNB의 MAC 계층에서 생성되는 MAC PDU일 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 DeNB의 RLC 계층은 RLC PDU의 일측에 단말식별자를 삽입할 수도 있다.

DeNB와 RN에서는 RB(Radio Bearer)별로 프로토콜 엔터티(entity)를 생성한다. 이때, RB는 RN에 접속된 UE별로 구성되거나, 서비스 우선 순위 또는 QoS(Quality of Service) 별로 구성될 수 있다. 예를 들면, 지연에 민감한 음성 서비스는 전자 우편(E-mail)이나 문자 메시지 서비스에 비해 상대적으로 우선 순위가 높을 수 있으므로 별개의 무선 베어러로 구성될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 PDCP 구조도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 각 프로토콜 계층에는 적어도 하나의 프로토콜 엔터티들이 생성되며, 상기 프로토콜 엔터티를 통해 사용자 데이터가 전송된다.

DeNB와 RN사이에 존재하는 PDCP 엔터티는 무선 베어러 별로 존재할 수 있다. 또한 사용자 평면 데이터를 처리하는 PDCP 엔터티는 소정의 제어 신호에 따라 데이터 전송 효율을 높이기 위한 헤더압축기법을 사용할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 릴레이 시스템에서의 프로토콜 엔터티 생성 순서를 상세히 살펴보기로 한다.

DeNB와 RN 각각에 위치한 무선자원관리계층은 소정의 무선 베어러 구성 절차를 통해 사용자 평면 데이터 전송을 위해 필요한 각 프로토콜 계층을 설정할 수 있다. 즉, 무선 베어러 구성 절차를 통해 DeNB와 RN 각각은 PDCP 엔터티, RLC 엔터티 및 MAC 엔터티를 생성한다. 위의 엔터티들은 특정 UE에 대해 한 개씩 생성될 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 프로토콜 엔티티는 다양한 QoS(Quality of Service) 파라메터-예를 들면, QoS 파라메터는 지연(delay), 전송률, 전송오류율, 전송 우선 순위 등을 포함할 수 있음-의 조합으로 이루어진 소정의 QoS 식별자에 따라 생성될 수도 있다. 또는 UE 내에서 각 서비스 별로 무선 베어러가 생성되고, UE와 RN사이의 무선 베어러(UE-RN Radio bearer)와 RN과 DeNB사이의 무선 베어러(RN-DeNB Radio Bearer)가 1:1 매핑될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 시스템에서의 데이터 전송을 위한 프로토콜 계층 구조이다.

도 8에 도시된 바와 같이, DeNB와 RN 사이에는 계층별 하나의 프로토콜 엔티티가 생성될 수 있다. DeNB와 RN은 상기 설정된 프로토콜 엔티티를 이용하여 RN에 접속된 하나 이상의 UE에 대한 데이터 전송 서비스를 제공할 수 있다. 즉, DeNB는 해당 RN에 접속된 UE들의 데이터를 다중화하여 RN에 전송할 수 있다. RN은 UE별로 프로토콜 엔티티를 생성하며, DeNB로부터 수신된 다중화된 데이터를 UE별로 구분하고, UE별 생성된 프로토콜 엔티티를 통해 해당 데이터를 전송할 수 있다.

DeNB와 RN는 무선 베어러 설정 절차를 통해 데이터 전송에 필요한 각 프로토콜 엔터티를 생성한다. 만약, RN에 위치한 PDCP 프로토콜 엔터티가 헤더압축기법을 사용하는 경우, 상기 PDCP 프로토콜 엔터티는 UE별로 구성될 수 있다. 만약 UE별로 프로토콜 엔터티가 생성되고, 해당 UE에 QoS가 다른 복수 개의 서비스가 제공되는 경우, QoS를 고려한 차별화된 우선 순위 서비스를 제공하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들면, QoS 기준이 높은 서비스가 낮은 QoS 기준을 갖는 서비스와 함께 처리되므로 서비스 별 설정된 QoS 품질을 유지하기 힘든 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 PDCP 프로토콜 엔터티는 QoS별로 구성될 수 있다. RN에서 소정의 사용자 식별 정보를 포함하는 데이터를 송신하는 경우, UE는 상기 데이터를 수신하여 자신과 관련된 정보인 경우에는 다음 처리과정을 실시하고, 자신과 관련 없는 정보인 경우에는 상기 데이터를 버릴 수 있다.

본 발명의 다른 실시에 따른 PDCP 프로토콜 엔터티는 UE내에서의 서비스 별로 생성될 수 있다. 예를 들면, RN 영역 내에 존재하는 단말의 수가 2개인 경우, 각 단말에 상응하는 서비스가 각각 2개, 3개일 수 있다. 이때, RN에 생성되는 PDCP 프로토콜 엔터티는 5개가 될 수 있다. 즉, PDCP 프로토콜 엔터티는 RB와 1:1 매핑될 수 있다. 여기서, RN에 위치한 PDCP 프로토콜 엔터티는 헤더압축 및 암호화 기능은 담당하지 않고, PDCP 패킷의 순차적인 전달과 관련한 PDCP 순차 번호 유지 기능을 수행할 수 있다.

이하에서는 RN에서의 베어러 매핑 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

RN에서의 Uu 인터페이스와 Un 인터페이스 사이의 베어러 매핑 방법은 하기의 4가지 방법 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

방법 1: Uu 베어러와 Un 베어러를 1:1 매칭

방법 2: UE별 그룹핑

방법 3: QoS별로 그룹핑

방법 4: RN에서 수신한 모든 데이터를 하나의 베어러로 매핑.

UE별 그룹핑 방법의 경우, Uu 인터페이스를 통해 수신된 데이터에는 단말을 식별할 수 있는 소정의 단말 식별 정보가 포함되며, RN은 상기 수신한 데이터들을 UE별로 하나의 전송데이터 유닛으로 구성하여 DeNB에 전송한다.

QoS별 그룹핑 방법(방법 3)의 경우, Uu 인터페이스를 통해 UE로부터 수신된 데이터는 QoS를 식별할 수 있는 소정의 QoS 식별 정보가 포함될 수 있다. RN은 QoS 식별 정보를 UE로부터 수신된 데이터를 통해 획득하거나 데이터 채널 설정 전 DeNB와의 시그널링 메시지 교환을 통해 획득할 수 있다. RN은 UE로부터 수신한 데이터들을 QoS별로 식별한 후, 동일 QoS를 갖는 데이터를 하나의 전송데이터 유닛으로 구성하여 DeNB에 전송할 수 있다. 상기 방법 3의 경우, DeNB와 RN 사이의 HARQ(Hybrid Automatic Request) 동작은 RN에 접속된 모든 UE에 대해 동일한 QoS를 갖는 무선 베어러 단위로 수행될 수 있다.

RN에서 수신한 모든 데이터를 하나의 베어러로 매핑하는 방법의 경우, RN은 UE들로부터 수신된 데이터를 하나의 전송 데이터 유닛으로 구성하여 DeNB에 전송할 수 있다. 여기서, DeNB와 RN 사이의 HARQ(Hybrid Automatic Request) 동작은 RN에 접속한 모든 UE를 위해 설정된 하나의 무선 베어러에 대해 수행될 수 있다. 즉, RN 과 UE 사이에 설정된 무선 베어러에 대해 수행되며, DeNB와 RN 사이에서는 RN에 접속한 모든 UE가 매핑된 하나의 무선 베어러에 대해 HARQ 동작이 수행될 수 있다. UE로부터 수신한 데이터는 소정의 RN 식별 정보를 포함할 수 있다. RN은 상기 RN 식별 정보를 이용하여 자신의 셀 영역에 위치한 UE로부터의 데이터임을 식별할 수 있다.

상기한 RN에서의 베어러 매핑 방법에 있어서, Uu 인터페이스를 통해 수신된 데이터의 연접(concatenation)은 RN내의 MAC 또는 RLC 계층에서 수행될 수 있다. 그리고 RN의 MAC계층 또는 RLC 계층에서 수신한 데이터를 연접하는 경우, 상기 연접된 것을 지시하는 소정의 제어 정보가 MAC헤더 또는 RLC 헤더의 일측에 포함될 수 있다. DeNB는 수신된 연접 제어 정보를 이용하여 데이터를 UE/QoS/서비스 별로 구분할 수 있다.

이하에서는 RN에서의 암호화 기법 및 MAC 계층에서의 다중화 기법에 대해 상세히 살펴보기로 한다. DeNB와 RN사이에는 무선상으로 데이터가 전송되므로, 전송 블록 별로 암호화(ciphering)가 수행 되어야 한다. 여기서, 전송 블록은 DeNB 또는 RN에 위치한 PDCP 계층의 전송 데이터 유닛을 의미한다. 예를 들면, 하향링크 방향으로 DeNB가 RN을 통해 UE에게 데이터를 전송하고자 하는 경우, DeNB는 적어도 하나의 UE 데이터를 다중화하여 RN에 다중화된 데이터를 전송 할 수 있다. 이때, RN은 DeNB로부터 수신한 데이터를 각 UE 별로 구분하여 해당 UE에 전송을 해야 한다.

상기의 경우, RN은 DeNB에 의해 암호화되어 전송된 데이터를 복호(deciphering)하고 UE 별로 분류할 수 있다. UE 별로 분류된 데이터는 RN의 PDCP 계층이 다시 암호화한 후 최종 UE에게 전송할 수 있다. UE의 PDCP 계층은 RN의 PDCP 계층에 의해 암호화된 데이터를 복호하여 상위계층으로 전달한다. 따라서, 상기한 도 8에 도시된 바와 같이, RN은 DeNB와의 송수신에 필요한 프로토콜 계층을 1개만 설정할 수 있다. 반면, UE와의 송수신에 필요한 프로토콜 계층은 해당 RN에 접속한 단말의 개수만큼 구비하여야 한다. 이때, PDCP 계층과 RLC 계층은 1개 이상의 엔터티를 구비할 수 있다.

이하에서는 도 9를 참조하여, 하향링크 방향에 대한 DeNB의 제2계층 구조를 상세히 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명에 따른 하향 링크에서의 DeNB의 제2계층 구조이다. 도 9에 도시된 바와 같이, DeNB의 MAC 계층은 RN별로 다중화(multiplexing)를 수행하는 한 개의 MAC 엔터티를 구비할 수 있다. 여기서, 이에 대응되는 RN의 MAC계층은 역다중화(demultiplexing)을 수행하는 한 개의 MAC entity를 구비할 수 있다.

좀 더 자세히 설명하면, DeNB의 MAC 계층은 UE별로 서비스 데이터를 다중화한 후, RN의 영역에 위치한 UE들에 대해 RN별로 다중화하여 RN에 송신할 수 있다. 그러나, DeNB에 의해 직접적으로 처리되는 UE에 대해서는 기존과 같이 UE별로 서비스 데이터가 다중화되어 전송된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크 방향 DeNB의 2계층 구조이다.

도 10에 도시된 바와 같이, DeNB의 MAC 계층은 RN에 위치한 UE들을 위한 서비스 데이터를 2단계로 다중화시키지 않고, MAC 헤더에 소정의 단말식별자를 포함한 후, RN별로 다중화하여 RN에 송신할 수 있다. 여기서, 상기한 MAC의 헤더에는 RN을 식별할 수 있는 소정의 헤더 필드가 구성될 수 있다.

이후, UE와의 송수신을 담당하는 RN의 MAC 계층은 DeNB로부터 수신한 데이터의 MAC 헤더를 분석하여, UE별 데이터를 추출하고 이를 다중화하여 무선상에 전송한다.

상기한 도9 내지 도 10의 실시예와 같은 DeNB의 제2계층 구조를 구성하기 위해서는 DeNB와 RN사이의 RB 설정 시, MAC 엔터티 구성과 관련하여 UE별 다중화인지, RN별 다중화인지 또는 UE 및 RN 다중화를 순차적으로 수행하는 2중 다중화인지를 구분할 수 있는 소정의 제어 정보-이하, '다중화구분자'이라 명함-가 필요할 수 있다. 상기 다중화구분자는 DeNB의 RRC계층에서 소정의 3계층(RRC) 메시지를 통해 RN의 RRC계층으로 전송될 수 있다. 상기 3계층 메시지를 수신한 RN의 RRC계층은 상기 다중화구분자를 MAC 계층으로 전달한다. RN의 MAC계층은 수신된 다중화구분자에 따라, DeNB의 하향링크 MAC 계층에 대응되는 RN MAC 계층을 구성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 DeNB의 MAC계층은 데이터를 다중화할 때, 단말식별자와 RN식별자 정보를 포함한 MAC PDU-여기서, 단말식별자와 RN식별자는 MAC PDU의 헤더 영역에 포함됨-를 구성한 후, 소정의 무선 채널을 통해 RN에 전송할 수 있다. RN의 MAC 계층은 수신된 MAC PDU에 포함된 RN 식별자를 통해 자신이 처리할 패킷인지 여부를 확인한다. 확인 결과, 자신이 처리할 패킷인 경우, RN의 MAC 계층은 단말식별자를 포함하는 MAC PDU를 구성하여 무선상에 전송할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크에서의 RN 제2계층 구조이다.

도 11에 도시된 바와 같이, RN의 MAC 계층은 DeNB로부터 수신된 데이터를 UE 별로 다중화한 후 해당 UE에 전송한다. 이때, RN의 MAC 계층은 MAC PDU의 헤더에 소정의 단말식별자를 포함시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 RN식별자와 단말식별자에 관해 상세히 살펴보기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 DeNB는 RN을 하나의 단말처럼 인식할 수 있고, 하나의 RN내에는 1개 이상의 단말들이 위치할 수 있다. 따라서, DeNB는 RN을 구분할 수 있는 RN식별자 및 단말을 구분할 수 있는 단말 식별자에 대한 정보를 알고 있어야 할 필요가 있다. 이하에서는 DeNB가 RN 및 단말을 식별하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 RN은 단말의 RRC 계층에 의해 생성된 RRC 연결 요청(RRC Connection Request) 메시지를 수신하면, 상기 수신된 메시지의 일측에 RN식별자를 포함한 후, 해당 메시지를 DeNB로 전송한다. 이를 위해 RN에 위치한 RRC 계층은 상기 메시지를 수신한 후 RN식별자를 포함시키기 위해 RRC 연결 요청 메시지를 재구성해야 한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 RN과 DeNB는 소정의 사전 구성(pre-configuration) 절차를 통해 RN식별자를 공유할 수 있다. RN이 UE로부터 RRC 연결 요청 메시지를 수신한 경우, RN의 MAC계층은 미리 저장된 RN식별자를 MAC 헤더의 일측에 포함시킨 후, DeNB로 전송한다. 단말의 MAC계층과 RN의 MAC계층은 RRC메시지가 어떤 메시지인지 식별할 수 없다. 즉, RRC 메시지는 MAC 계층에 대해서 투명하게 전송된다. 따라서, 단말의 RRC계층은 자신의 MAC계층으로 RRC 연결 요청 메시 지임을 지시하는 소정의 지시(indication) 신호를 전달한다. 상기 지시 정보가 단말의 MAC계층에서 RN의 MAC계층으로 전송되면, RN의 MAC계층은 수신된 지시 정보에 근거하여 수신한 메시지가 RRC 연결 요청 메시지임을 인지한다. 여기서, RN의 MAC계층은 RN식별자를 MAC헤더에 포함한 후, DeNB로 전송하며, RN과 DeNB간 사전 구성(pre-configuration)에 근거하여 DeNB는 수신된 메시지가 해당 RN 영역 내에 위치한 단말로부터 수신되었음을 식별할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 단말이 랜덤 억세스 프리엠블(Random Access Preamble) 전송을 시도하는 경우, RN은 단말에게 데이터 전송이 가능함을 알리는 소정의 메시지를 전송한다. 이때, RN은 소정의 RN식별자(또는 RN을 식별할 수 있는 정보)를 해당 메시지에 포함하여 전송한다. 단말의 RRC 계층에서는 단말 식별자 및 상기 수신된 RN식별자(또는 식별할 수 있는 정보)를 포함하는 RRC 연결 요청 메시지를 RN으로 전송한다. RN은 RRC 연결 요청 메시지를 투명하게 DeNB로 전송한다.

위와 같은 방법으로 RN식별자와 RN영역 내에 위치한 단말들에 대한 정보를 갖고 있는 DeNB는 하향링크 방향으로 데이터 전송시, RN식별자(또는 식별할 수 있는 정보) 및 단말식별자 정보를 포함하여 RN으로 데이터를 전송하고, RN에서는 상기 수신한 데이터를 단말식별자 정보를 기반으로 단말들에게 전송한다.

또한, RN과 DeNB는 주기적 또는 비주기적(event trigger 방식)으로 RN영역에 위치하고 있는 단말정보(UE List)를 갱신할 수 있다.

이때, 갱신된 RN식별자 및 해당 RN식별자와 관련된 적어도 하나의 단말식별 자 정보는 하나의 집합으로 구성되어 소정의 기록 영역에 유지될 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 릴레이 시스템에서의 핸드오버 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.

DeNB에 위치한 UE가 DeNB가 제어하는 RN으로 이동 시, DeNB는 이를 인지할 수 있다. 예를 들면, DeNB는 UE에서 전송하는 데이터 또는 파일롯 신호의 수신 세기-여기서, 파일롯 신호의 수신 세기는 RN에 의해 측정되어 해당 DeNB로 보고될 수 있음-, UE의 측정 보고 (measurement report) 등을 이용하여 해당 RN으로의 이동을 인지할 수 있다. 이와 같은 방법으로 UE가 DeNB가 직접적으로 관장하는 영역에서 RN의 영역으로 이동한 것을 인지한 DeNB는 UE로 핸드오버 수행을 지시하기 위한 메시지를 전송하기 전에, UE에 관련된 정보를 RN으로 미리 전달한다. 이때 전달되는 정보는 UE ID (U-RNTI, C-RNTI 등) 등을 포함하고 있는 UE Context, UE 카테고리 등일 수 있다.

즉, UE가 연결 모드(connected mode)인 경우, DeNB는 UE로 핸드오버 요청 메시지를 전송하기 전에 타겟(target) RN으로 UE와 바로 통신을 할 수 있는 환경을 구축하기 위한 자원 할당 및 채널 구성 절차를 먼저 수행한다. 이후 타겟 RN은 핸드오버를 수행하기 위한 소정의 메시지-예를 들면, 핸드오버 명령 메시지-를 UE로 전송한다. 이때, 상기 핸드오버 메시지는 타겟 RN에서 직접 UE로 전송될 수도 있고, 타겟 RN에서 DeNB를 거쳐 UE로 전송될 수도 있다. 핸드 오버 메시지를 수신한 UE는 타겟 RN과 데이터 송수신을 위한 무선 베어러 재구성 또는 무선 링크 재구성 동작을 수행하거나 핸드오버 완료 메시지(handover complete message)를 타겟 RN으 로 전송하면서 데이터 송수신을 위한 베어러 및 채널 구성 절차를 수행한다.

UE와 타겟 RN간의 핸드오버가 성공적으로 완료된 후, 타겟 RN과의 데이터 송수신을 위해 UE는 RLC 및 PDCP 엔티티를 리셋(reset)한다. 이때 헤더압축 및 암호화에 사용된 파라미터들도 리셋(reset)된다. 예를 들면, 암호화에 사용되는 HFN(Hyper Frame number) 및 PDCP 순차 번호-이하, 'PDCP SN(Sequence Number)'이라 명함-가 리셋(reset)될 수 있다.

그러나, 파일 다운로드와 같이 패킷이 하나라도 손실되면 전체 데이터가 의미가 없어지는 경우에는 AM RLC 엔터티를 사용하여 패킷의 손실을 막는 것이 바람직하다. 따라서, AM RLC 엔터티를 통해 전송되는 데이터의 경우, 해당 데이터에 관련된 정보인 HFN과 PDCP SN는 Un 인터페이스를 통해 DeNB에서 타겟 RN으로 전달된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 RN은 QoS 또는 서비스 타입에 따라, DeNB 및 UE로부터 송수신되는 신호를 단순 증폭하여 전송하거나, 수신된 신호를 디코딩 및 재인코딩하여 DeNB 및 UE에 전송할 수 있다. 예를 들면, DeNB와 UE사이에 음성 채널이 설정된 경우, RN은 UE로부터 수신된 음성 신호를 증폭하여 해당 DeNB로 전송할 수 있다. 여기서, RN은 DeNB로부터 수신된 기준 신호-예를 들면, 파일롯 신호-의 세기, 측정된 상향 및 하향 링크의 무선 품질, 미리 설정된 시스템 파라미터 중 적어도 하나를 이용하여 증폭 이득을 제어할 수 있다. 따라서, RN은 음성 통화의 경우, 디코딩 및 재인코딩하는 절차를 생략하여 프로세싱 지연을 최소화시킬 수 있다. 반면, 인터넷 브라우징과 같은 데이터 서비스는 전송 지연보다는 전송 속도 및 데이터 오류율에 민감한 특징이 있다. 따라서, RN은 보다 정확한 데이터 전달을 위해 수신 신호를 디코딩하여 에로를 복구하고, 이를 재인코딩하여 전송할 수 있다.

본 발명에 따른 릴레이 시스템의 DeNB 및 RN의 셀 커버리지는 서로 상이할 수 있다. 예를 들면, DeNB의 셀 커버리지가 RN의 커버리지보다 상대적으로 클 수가 있다. 따라서, 단말이 위치한 셀 영역에 따라 단말의 최대 전송 파워를 다르게 설정할 필요가 있다. 만약, RN의 셀 커버리지에 위치한 단말이 DeNB의 셀 커버리지에 대응하는 최대 전송 파워로 신호를 송출하는 경우, 해당 신호는 DeNB의 셀 커버리지에 위치한 단말에게 간섭을 야기시킬 수 있다. 따라서, RN 영역에 위치한 단말에 대해서는 최대 전송 파워가 DeNB에 의해 직접 제어되는 단말보다 작게 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 이하에서는 DeNB와 RN이 혼재한 무선망에서 단말의 최대 전송 파워를 제어하는 방법을 상세히 살펴보기로 한다.

RN이 단말로부터 호 설정 요청 메시지를 수신하는 경우, RN은 소정의 RN식별정보를 포함하는 호 설정 요청 메시지를 해당 DeNB로 전송한다. DeNB는 수신된 호 설정 요청 메시지가 RN을 경유하여 수신된 경우, 해당 RN에 상응하여 미리 설정된 단말 최대 전송 파워 정보를 포함하는 호 설정 메시지를 RN에 전송한다. RN은 수신된 호 설정 메시지를 해당 단말에 전송한다. 단말은 수신된 최대 전송 파워 정보에 따라 전송 파워를 제어한다.

예를 들면, 특정 RN 영역에 위치한 단말의 최대 전송 파워는 해당 RN의 셀 반경 및 RN이 위치한 지형적인 특징에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 여기서, DeNB는 자신의 제어하에 있는 RN에 대한 셀 반경의 크기 정보 및 지형적인 특징에 관한 정보-예를 들면, 지형적인 특징은 산악지형, 평야지형, 도심지형, 해상지형, 고속철도 등으로 식별될 수 있음-를 소정의 기록 영역에 저장한 후 이를 참조하여 단말의 최대 전송 파워를 산출하거나 미리 저장된 소정의 테이블을 참조하여 선택할 수 있다.

만약, RN에 무선 자원 제어 기능이 탑재된 경우, RN은 DeNB로부터 수신한 호 설정 메시지에 포함된 단말의 최대 전송 파워 정보를 자신의 셀 커버리지에 상응하는 값으로 치환하여 해당 단말에 전송할 수도 있다. 이때, DeNB는 단말이 RN 영역에 위치하고 있는지에 상관 없이 DeNB의 셀 커버리지에 상응하는 단말 최대 전송 파워를 설정할 수 있다.

상기한 실시예에서는 단말의 최대 전송 파워가 해당 기지국의 셀 커버리지에 상응하여 결정되는 것으로 설명하고 있으나, 본 발명의 다른 일 실시예에서는 단말의 최대 전송 파워가 RN 영역과 DeNB 영역 사이의 간섭이 최소화될 수 있도록 설정될 수 있다. 예를 들면, DeNB는 다양한 무선 환경 변수, 서비스 타입, 단말 능력 정보(Mobile Capability Information) 등을 참조하여 해당 단말의 최대 송신 전력을 산출할 수 있다. 여기서, 무선 환경 변수는 상향 링크 간섭 정보, 하향 링크 기준 신호 수신 레벨 등을 포함할 수 있다.

또한, DeNB는 RN과 UE 사이의 경로 손실(pass loss), 해당 RN에 대한 link budget 등을 고려하여 최대 단말 송신 전력을 결정할 수 있다. 여기서, link budget은 무선 통신시스템에서 중간의 신호전달 채널(공기)의 감쇄 등을 고려하여 송신기와 수신기가 성공적으로 통신이 이루어지도록 표준을 정하거나 조정하는 작업 또는 그 계산 결과를 의미한다. 단말 능력 정보는 미리 정의된 단말 송신 전력 등급(Power Class)-여기서, 단말 송신 전력 등급은 단말의 최대 송신 전력 정보를 의미함-에 대한 정보를 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

도 1은 종래 및 본 발명이 적용되는 이동통신 시스템인 E-UMTS(Evolved Universal Mobile Telecommunications System)의 망구조.

도 2는 3GPP 무선접속망 규격을 기반으로 한 단말과 E-UTRAN 사이의 무선인터페이스 프로토콜 (Radio Interface Protocol)의 구조.

도 3은 본 발명에 따른 LTE-Advanced 릴레이 네트워크 구조.

도 4는 본 발명에 따른 베어러 서비스 계층 구조.

도 5는 본 발명에 따른 릴레이 시스템에서의 사용자 평면 구조.

도 6은 본 발명에 따른 릴레이 시스템에서의 사용자 평면 구조.

도 7은 본 발명에 따른 PDCP 구조.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 시스템에서의 데이터 전송을 위한 프로토콜 계층 구조.

도 9는 본 발명에 따른 하향 링크에서의 DeNB의 제2계층 구조.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크 방향 DeNB의 2계층 구조.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 하향링크에서의 RN 제2계층 구조.

*주요 도면 부호

320 : Donor eNodeB(DeNB)

330: Relay Node(RN).

Claims (1)

1. 기지국의 매체접속제어(Medium Access Control:MAC) 계층에서의 데이터 전송 방법에 있어서,

   상위 계층으로부터 수신된 데이터가 릴레이노드로 전송할 데이터인지 여부를 확인하는 단계;

   확인 결과, 릴레이노드로 전송할 데이터인 경우, 소정의 릴레이노드식별자를 포함하는 MAC 프레임을 구성하는 단계,

   상기 MAC 프레임을 소정의 물리 채널을 통해 상기 릴레이노드식별자에 상응하는 릴레이노드로 전송하는 단계

   를 포함하는 매체접속제어 계층에서의 데이터 전송 방법.

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