KR20110033049A - 중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당 방법 및 장치 - Google Patents

중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 기지국에 의한 무선 자원 할당 방법 및 장치가 제공된다. 중계 존(relay zone)을 위한 부채널화 파라미터(subchannelization parameter)가 전송되고, 상기 부채널화 파라미터를 기반으로 중계국에 무선 자원을 할당된다. 상기 중계 존은 프레임(frame) 내에서 기지국이 중계국으로 신호를 전송하거나 중계국으로부터 신호를 수신하는 영역이며, 상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 분산 자원 유닛(DRU; Distributed Resource Unit)으로 할당되는 물리 자원 유닛들(PRUs; Physical Resource Units)을 제외한 나머지 PRU들이다.

Description

중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS OF ALLOCATING RADIO RESOURCE IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM INCLUDING RELAY STATION}
본 발명은 무선 통신에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당 방법 및 장치에 관한 것이다.
IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16e 규격은 2007년 ITU(International Telecommunication Union) 산하의 ITU-R(ITU-Radiocommunication Sector)에서 IMT(International Mobile Telecommunication)-2000을 위한 여섯 번째 규격으로 'WMAN-OFDMA TDD'라는 이름으로 채택된 바 있다. ITU-R은 IMT-2000 이후의 차세대 4G 이동통신 규격으로 IMT-Advanced 시스템을 준비하고 있다. IEEE 802.16 WG(Working Group)은 2006년 말 IMT-Advanced 시스템을 위한 규격으로 기존 IEEE 802.16e의 수정(amendment) 규격을 작성하는 것을 목표로 IEEE 802.16m 프로젝트의 추진을 결정하였다. 상기 목표에서 알 수 있듯이, IEEE 802.16m 규격은 IEEE 802.16e 규격의 수정이라는 과거의 연속성과 차세대 IMT-Advanced 시스템을 위한 규격이라는 미래의 연속성인 두 가지 측면을 내포하고 있다. 따라서, IEEE 802.16m 규격은 IEEE 802.16e 규격에 기반한 Mobile WiMAX 시스템과의 호환성(compatibility)을 유지하면서 IMT-Advanced 시스템을 위한 진보된 요구사항을 모두 만족시킬 것을 요구하고 있다.
광대역 무선 통신 시스템의 경우 한정된 무선 자원의 효율성을 극대화하기 위하여 효과적인 송수신 기법 및 활용 방안들이 제안되어 왔다. 차세대 무선통신 시스템에서 고려되고 있는 시스템 중 하나가 낮은 복잡도로 심벌간 간섭(ISI; Inter-Symbol Interference) 효과를 감쇄시킬 수 있는 직교 주파수 분할 다중(OFDM; Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템이다. OFDM은 직렬로 입력되는 데이터 심벌을 N개의 병렬 데이터 심벌로 변환하여 각각 분리된 N개의 부반송파(subcarrier)에 실어 전송한다. 부반송파는 주파수 차원에서 직교성을 유지하도록 한다. 각각의 직교 채널은 상호 독립적인 주파수 선택적 페이딩(frequency selective fading)을 경험하게 되고, 이에 따라 수신단에서의 복잡도가 감소하고 전송되는 심벌의 간격이 길어져 심벌간 간섭이 최소화될 수 있다.
직교 주파수 분할 다중 접속(Orthogonal Frequency Division Multiple Access; 이하 OFDMA)은 OFDM을 변조 방식으로 사용하는 시스템에 있어서 이용 가능한 부반송파의 일부를 각 사용자에게 독립적으로 제공하여 다중 접속을 실현하는 다중 접속 방법을 말한다. OFDMA는 부반송파라는 주파수 자원을 각 사용자에게 제공하며, 각각의 주파수 자원은 다수의 사용자에게 독립적으로 제공되어 서로 중첩되지 않는 것이 일반적이다. 결국 주파수 자원은 사용자마다 상호 배타적으로 할당된다. OFDMA 시스템에서 주파수 선택적 스케줄링(frequency selective scheduling)을 통하여 다중 사용자에 대한 주파수 다이버시티(frequency diversity)를 얻을 수 있으며, 부반송파에 대한 순열(permutation) 방식에 따라 부반송파를 다양한 형태로 할당할 수 있다. 그리고 다중 안테나(multiple antenna)를 이용한 공간 다중화 기법으로 공간 영역의 효율성을 높일 수 있다.
신뢰할 수 있는 고속의 데이터 서비스를 지원하기 위한 기술로 MIMO(Multiple Input Multiple Output)가 고려될 수 있다. MIMO 기술은 다중 송신 안테나와 다중 수신 안테나를 사용하여 데이터의 송수신 효율을 향상시킨다. MIMO 기술에는 공간 다중화(spatial multiplexing), 전송 다이버시티(transmit diversity), 빔포밍(beamforming) 등이 있다. 수신 안테나 수와 송신 안테나 수에 따른 MIMO 채널 행렬은 다수의 독립 채널로 분해될 수 있다. 각각의 독립 채널은 레이어(layer) 또는 스트림(stream)이라 한다. 레이어의 개수는 랭크(rank)라 한다.
한편, 최근에 중계국(RS; Relay Station)을 포함한 무선통신 시스템이 개발되고 있다. 중계국은 셀 커버리지를 확장시키고 전송 성능을 향상시키는 역할을 한다. 기지국이 기지국의 커버리지 경계에 위치한 단말을 중계국을 통해 서비스함으로써 셀 커버리지를 확장시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 중계국이 기지국과 단말 사이에서 신호의 전송 신뢰성을 향상시킴으로써 전송 용량을 증가시킬 수 있다. 단말이 기지국의 커버리지 내에 있다 하더라도 음영 지역에 위치한 경우에 중계국을 이용할 수도 있다.
일반적으로 기지국과 중계국은 위치가 고정되어 있으므로 기지국과 중계국 간의 링크 품질(link quality)은 기지국과 단말 사이의 링크 품질보다 좋을 가능성이 높다. 이에 따라 기지국과 중계국 간의 데이터의 전송을 위한 무선 자원을 할당하는 방법은 기지국과 단말 간의 데이터의 전송을 위한 무선 자원을 할당하는 방법과 다를 수 있다. 효율적으로 기지국과 중계국 간의 무선 자원을 할당하기 위한 방법이 요구된다.
본 발명의 기술적 과제는 중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다.
일 양태에 있어서, 중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 기지국에 의한 무선 자원 할당 방법이 제공된다. 상기 무선 자원 할당 방법은 중계 존(relay zone)을 위한 부채널화 파라미터(subchannelization parameter)를 전송하고, 상기 부채널화 파라미터를 기반으로 중계국에 무선 자원을 할당하는 것을 포함하되, 상기 중계 존은 프레임(frame) 내에서 기지국이 중계국으로 신호를 전송하거나 중계국으로부터 신호를 수신하는 영역이며, 상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 분산 자원 유닛(DRU; Distributed Resource Unit)으로 할당되는 물리 자원 유닛들(PRUs; Physical Resource Units)을 제외한 나머지 PRU들인 것을 특징으로 한다. 상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 서브밴드(subband) CRU(Contiguous Resource Unit)로 할당될 수 있다. 상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 물리 영역(physical domain)에서의 상기 PRU들의 물리 서브밴드 인덱스(physical subband index)를 기반으로 결정될 수 있다. 상기 DRU로 할당되는 PRU는 복수의 주파수 파티션의 일부 또는 전부에 포함될 수 있다. 상기 부채널화 파라미터는 주파수 파티션(frequency partition)의 개수, 특정 주파수 파티션 내의 연속 자원 유닛(CRU; Contiguous Resource Unit)의 개수, 제1 주파수 파티션 내의 서브밴드 CRU의 개수 또는 서브밴드 DRU의 개수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 부채널화 파라미터는 SFH(Superframe Header), ABI(Advanced Broadcast Information), 메시지 또는 MAP 중 어느 하나를 통해 전송될 수 있다. 상기 무선 자원 할당 방법은 상기 중계국에 할당되는 무선 자원의 용도를 지시하는 신호를 전송하는 것을 더 포함할 수 있고, 또는 중계국의 존재 여부를 지시하는 중계국 존재 신호를 전송하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 중계국 존재 신호는 SFH 또는 ABI를 통해 전송될 수 있다.
다른 양태에 있어서 무선 자원 할당 장치가 제공된다. 상기 무선 자원 할당 장치는 무선 신호를 송신 또는 수신하는 RF(Radio Frequency)부, 및 상기 RF부와 연결되는 프로세서를 포함하되, 상기 프로세서는 중계 존을 위한 부채널화 파라미터를 전송하고, 상기 부채널화 파라미터를 기반으로 중계국에 무선 자원을 할당하도록 구성되며, 상기 중계 존은 프레임 내에서 중계국으로 신호를 전송하거나 중계국으로부터 신호를 수신하는 영역이며, 상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 DRU로 할당되는 PRU들을 제외한 나머지 PRU들인 것을 특징으로 한다. 상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 서브밴드 CRU로 할당될 수 있다. 상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 물리 영역에서의 상기 PRU들의 물리 서브밴드 인덱스를 기반으로 결정될 수 있다. 상기 DRU로 할당되는 PRU는 복수의 주파수 파티션의 일부 또는 전부에 포함될 수 있다.
중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 중계국으로 신호를 전송하거나 중계국으로부터 신호를 수신하는 프레임 내의 중계 존(relay zone)의 부채널화(subchannlization)함으로써, 효율적으로 무선 자원을 할당할 수 있다.
도 1은 중계국을 포함하는 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 2는 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 3은 하향링크 자원 구조의 일 예를 나타낸다.
도 4는 전체 주파수 대역을 복수의 주파수 파티션으로 분할하는 방법의 예를 나타낸다.
도 5는 FFR 기법이 사용되는 셀룰러 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 6은 서브밴드 파티셔닝 과정의 일 예를 나타낸다.
도 7은 미니밴드 퍼뮤테이션 과정의 일 예를 나타낸다.
도 8은 주파수 파티셔닝 과정의 일 예를 나타낸다.
도 9는 중계국을 포함하는 시스템의 프레임 구조의 일 예이다.
도 10은 중계국을 포함하는 시스템의 프레임 구조의 또 다른 예이다.
도 11은 제안된 무선 자원 할당 방법에 따른 중계 존의 부채널화 과정의 일 예이다.
도 12는 제안된 무선 자원 할당 방법의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 13은 제안된 무선 자원 할당 방법의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다.
도 14는 본 발명의 실시예가 구현되는 기지국 및 중계국의 나타낸 블록도이다.
이하의 기술은 CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier Frequency Division Multiple Access) 등과 같은 다양한 무선 통신 시스템에 사용될 수 있다. CDMA는 UTRA(Universal Terrestrial Radio Access)나 CDMA2000과 같은 무선 기술(radio technology)로 구현될 수 있다. TDMA는 GSM(Global System for Mobile communications)/GPRS(General Packet Radio Service)/EDGE(Enhanced Data Rates for GSM Evolution)와 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. OFDMA는 IEEE 802.11(Wi-Fi), IEEE 802.16(WiMAX), IEEE 802-20, E-UTRA(Evolved UTRA) 등과 같은 무선 기술로 구현될 수 있다. IEEE 802.16m은 IEEE 802.16e의 진화로, IEEE 802.16e에 기반한 시스템과의 하위 호환성(backward compatibility)를 제공한다. UTRA는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)의 일부이다. 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)은 E-UTRA(Evolved-UMTS Terrestrial Radio Access)를 사용하는 E-UMTS(Evolved UMTS)의 일부로써, 하향링크에서 OFDMA를 채용하고 상향링크에서 SC-FDMA를 채용한다. LTE-A(Advanced)는 3GPP LTE의 진화이다.
설명을 명확하게 하기 위해, IEEE 802.16m을 위주로 기술하지만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 중계국을 포함하는 무선통신 시스템을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 중계국을 포함하는 무선통신 시스템(10)은 적어도 하나의 기지국(11; Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(11)은 일반적으로 셀(cell)이라고 불리는 특정한 지리적 영역(15)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역으로 나누어 질 수 있는데 각각의 영역은 섹터(sector)라고 칭한다. 하나의 기지국에는 하나 이상의 셀이 존재할 수 있다. 기지국(11)은 일반적으로 단말(13)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), AN(Access Network), ABS(advanced BS) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 중계국(12)과 단말(14) 간의 연결성(connectivity), 관리(management), 제어 및 자원 할당과 같은 기능을 수행할 수 있다.
중계국(Relay Station, RS, 12)은 기지국(11)과 단말(14) 사이에서 신호를 중계하는 기기를 말하며, RN(Relay Node), 리피터(repeater), 중계기, ARS(advanced RS) 등의 다른 용어로 불릴 수 있다. 중계국에서 사용하는 중계 방식으로 AF(amplify and forward) 및 DF(decode and forward) 등 어떠한 방식을 사용할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다.
단말(13, 14; Mobile station, MS)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, AMS(advanced Mobile Station), UT(User Terminal), SS(Subscriber Station), 무선기기(Wireless Device), PDA(Personal Digital Assistant), 무선 모뎀(Wireless Modem), 휴대기기(Handheld Device), AT(Access Terminal), UE(user equipment) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 이하에서 매크로 단말은 기지국과 직접 통신하는 단말이고, 중계국 단말은 중계국과 통신하는 단말을 칭한다. 기지국(11)의 셀 내에 있는 매크로 단말(13)이라 할지라도, 다이버시티 효과에 따른 전송 속도의 향상을 위하여 중계국(12)을 거쳐서 기지국(11)과 통신할 수 있다.
단말은 하나의 셀에 속하는데, 단말이 속한 셀을 서빙 셀(serving cell)이라 한다. 서빙 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 서빙 기지국(serving BS)이라 한다. 무선통신 시스템은 셀룰러 시스템(cellular system)이므로, 서빙 셀에 인접하는 다른 셀이 존재한다. 서빙 셀에 인접하는 다른 셀을 인접 셀(neighbor cell)이라 한다. 인접 셀에 대해 통신 서비스를 제공하는 기지국을 인접 기지국(neighbor BS)이라 한다. 서빙 셀 및 인접 셀은 단말을 기준으로 상대적으로 결정된다.
이 기술은 하향링크(DL; downlink) 또는 상향링크(UL; uplink)에 사용될 수 있다. 일반적으로 기지국과 단말 간에서 하향링크는 기지국에서 매크로 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크는 매크로 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 기지국과 중계국 간에서 하향링크는 기지국에서 중계국으로의 통신을 의미하며, 상향링크는 중계국에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 중계국과 중계국 단말 간에서 하향링크는 중계국에서 중계국 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크는 중계국 단말에서 중계국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 송신기는 기지국 또는 중계국의 의 일부분이고, 수신기는 단말 또는 중계국의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 송신기는 단말 또는 중계국의 일부분이고, 수신기는 기지국 또는 중계국의 일부분일 수 있다.
도 2는 프레임 구조의 일 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 슈퍼프레임(SF; Superframe)은 슈퍼프레임 헤더(SFH; Superframe Header)와 4개의 프레임(frame, F0, F1, F2, F3)을 포함한다. 슈퍼프레임 내 각 프레임의 길이는 모두 동일할 수 있다. 각 슈퍼프레임의 크기는 20ms이고, 각 프레임의 크기는 5ms인 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 슈퍼프레임의 길이, 슈퍼프레임에 포함되는 프레임의 수, 프레임에 포함되는 서브프레임의 수 등은 다양하게 변경될 수 있다. 프레임에 포함되는 서브프레임의 수는 채널 대역폭(channel bandwidth), CP(Cyclic Prefix)의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
하나의 프레임은 다수의 서브프레임(subframe, SF0, SF1, SF2, SF3, SF4, SF5, SF6, SF7)을 포함한다. 각 서브프레임은 상향링크 또는 하향링크 전송을 위하여 사용될 수 있다. 하나의 서브프레임은 시간 영역(time domain)에서 복수의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심벌 또는 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)을 포함하고, 주파수 영역(frequency domain)에서 복수의 부반송파(subcarrier)를 포함한다. OFDM 심벌은 하나의 심벌 구간(symbol period)을 표현하기 위한 것으로, 다중 접속 방식에 따라 OFDMA 심벌, SC-FDMA 심벌 등 다른 명칭으로 불릴 수 있다. 서브프레임은 5, 6, 7 또는 9개의 OFDMA 심벌로 구성될 수 있으나, 이는 예시에 불과하며 서브프레임에 포함되는 OFDMA 심벌의 수는 제한되지 않는다. 서브프레임에 포함되는 OFDMA 심벌의 수는 채널 대역폭, CP의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 서브프레임이 포함하는 OFDMA 심벌의 수에 따라 서브프레임의 타입(type)이 정의될 수 있다. 예를 들어, 타입-1 서브프레임은 6 OFDMA 심벌, 타입-2 서브프레임은 7 OFDMA 심벌, 타입-3 서브프레임은 5 OFDMA 심벌, 타입-4 서브프레임은 9 OFDMA 심벌을 포함하는 것으로 정의될 수 있다. 하나의 프레임은 모두 동일한 타입의 서브프레임을 포함할 수 있다. 또는 하나의 프레임은 서로 다른 타입의 서브프레임을 포함할 수 있다. 즉, 하나의 프레임 내 각 서브프레임마다 포함하는 OFDMA 심벌의 개수는 모두 동일하거나, 각각 다를 수 있다. 또는, 하나의 프레임 내 적어도 하나의 서브프레임의 OFDMA 심벌의 개수는 상기 프레임 내 나머지 서브프레임의 OFDMA 심벌의 개수와 다를 수 있다.
프레임에는 TDD(Time Division Duplex) 방식 또는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식이 적용될 수 있다. TDD 방식에서 각 서브프레임이 동일한 주파수에서 서로 다른 시간에 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, TDD 방식의 프레임 내의 서브프레임들은 시간 영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. 스위칭 포인트는 상향링크 영역에서 하향링크 영역으로 또는 하향링크 영역에서 상향링크 영역으로 전송 방향이 바뀌는 지점을 말하며, TDD 방식에서 각 프레임 내의 스위칭 포인트의 개수는 2개일 수 있다. FDD 방식에서 각 서브프레임이 동일한 시간의 서로 다른 주파수에서 상향링크 전송 또는 하향링크 전송을 위해 사용된다. 즉, FDD 방식의 프레임 내의 서브프레임들은 주파수 영역에서 상향링크 서브프레임과 하향링크 서브프레임으로 구분된다. 상향링크 전송과 하향링크 전송은 서로 다른 주파수 대역을 차지하고, 동시에 이루어질 수 있다.
SFH는 필수 시스템 파라미터(essential system parameter) 및 시스템 설정 정보(system configuration information)를 나를 수 있다. SFH는 슈퍼프레임 내 첫 번째 서브프레임 안에 위치할 수 있다. SFH는 상기 첫 번째 서브프레임의 마지막 5개의 OFDMA 심벌을 차지할 수 있다. 슈퍼프레임 헤더는 1차 SFH(P-SFH; primary-SFH) 및 2차 SFH(S-SFH; secondary-SFH)로 분류될 수 있다. P-SFH와 S-SFH는 매 슈퍼프레임마다 전송될 수 있다. S-SFH는 2개의 연속한 슈퍼프레임에서 전송될 수 있다. S-SFH로 전송되는 정보는 S-SFH SP1, S-SFH SP2, S-SFH SP3의 3개의 서브패킷(sub-packet)으로 나뉠 수 있다. 각 서브패킷은 서로 다른 주기를 가지고 주기적으로 전송될 수 있다. S-SFH SP1, S-SFH SP2 및 S-SFH SP3을 통해 전송되는 정보의 중요도는 서로 다를 수 있으며, S-SFH SP1이 가장 짧은 주기로, S-SFH SP3이 가장 긴 주기로 전송될 수 있다. S-SFH SP1은 네트워크 재진입(network re-entry)에 관한 정보를 포함한다. S-SFH SP2는 초기 네트워크 진입(initial network entry) 및 네트워크 탐색(network discovery)에 관한 정보를 포함한다. S-SFH SP3는 나머지 중요한 시스템 정보를 포함한다.
하나의 OFDMA 심벌은 복수의 부반송파를 포함하고, FFT 크기에 따라 부반송파의 개수가 결정된다. 몇 가지 유형의 부반송파가 있다. 부반송파의 유형은 데이터 전송을 위한 데이터 부반송파, 다양한 측정(estimation)을 위한 파일롯 부반송파, 가드 밴드(guard band) 및 DC 캐리어를 위한 널 캐리어로 나뉠 수 있다. OFDM 심벌을 특징짓는 파라미터는 BW, Nused, n, G 등이다. BW는 명목상의 채널 대역폭(nominal channel bandwidth)이다. Nused는 (DC 부반송파를 포함하는) 사용되는 부반송파의 개수이다. n은 샘플링 인자이다. 이 파라미터는 BW 및 Nused와 결합하여 부반송파 스페이싱(spacing) 및 유효 심벌 시간(useful symbol time)을 결정한다. G는 CP 시간과 유효 시간(useful time)의 비율이다.
아래 표 1은 OFDMA 파라미터를 나타낸다.
Channel bandwidth, BW(MHz) 5 7 8.75 10 20
Sampling factor, n 28/25 8/7 8/7 28/25 28/25
Sampling frequency, Fs(MHz) 5.6 8 10 11.2 22.4
FFT size, NFFT 512 1024 1024 1024 2048
Subcarrier spacing, Δf(kHz) 10.94 7.81 9.77 10.94 10.94
Useful symbol time, Tb(μs) 91.4 128 102.4 91.4 91.4
G=1/8 Symbol time, Ts(μs) 102.857 144 115.2 102.857 102.857
FDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 48 34 43 48 48
Idle time(μs) 62.857 104 46.40 62.857 62.857
TDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 47 33 42 47 47
TTG+RTG(μs) 165.714 248 161.6 165.714 165.714
G=1/16 Symbol time, Ts(μs) 97.143 136 108.8 97.143 97.143
FDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 51 36 45 51 51
Idle time(μs) 45.71 104 104 45.71 45.71
TDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 50 35 44 50 50
TTG+RTG(μs) 142.853 240 212.8 142.853 142.853
G=1/4 Symbol time, Ts(μs) 114.286 160 128 114.286 114.286
FDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 43 31 39 43 43
Idle time(μs) 85.694 40 8 85.694 85.694
TDD Number of
ODFMA symbols
per 5ms frame		 42 30 38 42 42
TTG+RTG(μs) 199.98 200 136 199.98 199.98
Number of Guard subcarriers Left 40 80 80 80 160
Right 39 79 79 79 159
Number of used subcarriers 433 865 865 865 1729
Number of PRU in type-1 subframe 24 48 48 48 96
표 1에서, NFFT는 Nused보다 큰 수 중에서 가장 작은 2n 가운데 가장 작은 파워(Smallest power of two greater than Nused)이고, 샘플링 인자 Fs=floor(n·BW/8000)×8000이며, 부반송파 스페이싱 Δf=Fs/NFFT이고, 유효 심벌 시간 Tb=1/Δf이며, CP 시간 Tg=G·Tb이고, OFDMA 심벌 시간 Ts=Tb+Tg이며, 샘플링 시간은 Tb/NFFT이다.
도 3은 하향링크 자원 구조의 일 예를 나타낸다.
각 하향링크 서브프레임은 4개 또는 그 이하의 주파수 파티션으로 나뉠 수 있다. 도 3에서 서브프레임이 2개의 주파수 파티션(FP1, FP2)으로 나뉘는 것을 예시적으로 기술하나, 서브프레임 내 주파수 파티션의 수가 이에 제한되는 것은 아니다. 각 주파수 파티션은 서브프레임 내에서 사용 가능한 전체 OFDMA 심벌에 걸쳐 적어도 하나의 물리 자원 유닛(PRU; Physical Resource Unit)으로 구성된다. 또한 각 주파수 파티션은 연속한(contiguous/localized) 및/또는 분산된(distributed) PRU를 포함할 수 있다. 각 주파수 파티션은 부분적 주파수 재사용(FFR; Fractional Frequency Reuse)과 같은 다른 목적을 위하여 사용될 수 있다. 도 3에서 제2 주파수 파티션(FP2)은 연속된 자원 할당 및 분산된 자원 할당을 모두 포함한다. 'Sc'는 부반송파를 의미한다.
PRU는 자원 할당을 위한 기본 물리적 단위로, Psc개의 연속한 부반송파와 Nsym개의 연속한 OFDMA 심벌을 포함한다. Psc는 18일 수 있다. Nsym은 하나의 서브프레임에 포함되는 OFDMA 심벌의 개수와 동일할 수 있다. 따라서, Nsym은 서브프레임의 타입에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 서브프레임이 6 OFDMA 심벌로 구성될 때, PRU는 18 부반송파 및 6 OFDMA 심벌로 정의될 수 있다. 논리 자원 유닛(LRU; Logical Resource Unit)은 분산적 및 연속적 자원 할당을 위한 기본적인 논리 단위이다. LRU는 파일럿(pilot)을 포함할 수 있다. 따라서, 하나의 LRU에서의 적절한 부반송파의 개수는 할당된 파일럿의 개수의 존재에 따라 의존한다.
분산적 논리 자원 유닛(DLRU; Distributed Logical Resource Unit)은 주파수 다이버시티 이득을 얻기 위하여 사용될 수 있다. DLRU는 하나의 주파수 파티션 내에 분산된 부반송파 그룹을 포함한다. DLRU를 구성하는 최소 단위는 복수의 부반송파의 쌍인 톤-페어(tone-pair)일 수 있다. 하향링크 DLRU는 분산적 자원 유닛(DRU; Distributed Resource Unit)의 데이터 부반송파에 대해 부반송파 퍼뮤테이션을 수행함으로써 얻을 수 있다. DRU의 크기는 PRU의 크기와 같다. 즉, Psc개의 부반송파와 Nsym개의 OFMDA 심벌을 포함할 수 있다.
연속적 논리 자원 유닛(CLRU; Contiguous Logical Resource Unit)은 주파수 선택적 스케줄링 이득을 얻기 위하여 사용될 수 있다. DLRU는 국부적으로(localized) 할당된 자원 내에서 연속한 부반송파의 그룹을 포함한다. CLRU는 연속적 자원 유닛(CRU; Contiguous Resource Unit) 내의 데이터 부반송파로 구성된다. CRU의 크기는 PRU의 크기와 같다. CLRU는 CRU를 직접 맵핑함으로써 얻을 수 있다. CLRU는 그 기반이 되는 CRU의 종류에 따라 서브밴드 LRU(이하 SLRU)와 미니밴드 LRU(이하 NLRU)로 나뉠 수 있다.
한편, 다중 셀(multi-cell)이 존재하는 셀룰러 시스템에서 부분적 주파수 재사용(FFR; Fractional Frequency Reuse) 기법이 사용될 수 있다. FFR 기법은 전체 주파수 대역을 복수의 주파수 파티션(FP; Frequency Partition)으로 분할하고, 각각의 셀에게 주파수 파티션을 할당하는 기법이다. FFR 기법을 통해 인접한 셀 간에는 서로 다른 주파수 파티션이 할당되고, 멀리 떨어진 셀 간에는 동일한 주파수 파티션이 할당될 수 있다. 따라서, 셀 간 간섭(ICI; Inter-Cell Interference)이 줄어들 수 있고, 셀 가장자리 단말의 성능을 높일 수 있다.
도 4는 전체 주파수 대역을 복수의 주파수 파티션으로 분할하는 방법의 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 전체 주파수 대역은 제1 주파수 파티션(FP0), 제2 주파수 파티션(FP1), 제3 주파수 파티션(FP2) 및 제4 주파수 파티션(FP3)으로 분할된다. 각 주파수 파티션은 전체 주파수 대역으로부터 논리적(logical) 및/또는 물리적(physical)으로 분할될 수 있다.
도 5는 FFR 기법이 사용되는 셀룰러 시스템의 일 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 각 셀은 셀 내부(inner cell) 및 셀 가장자리(cell edge)로 구분된다. 또한 각 셀은 3개의 섹터로 나누어진다. 전체 주파수 대역은 4개의 주파수 파티션(FP0, FP1, FP2, FP3)으로 분할된다.
셀 내부에는 제1 주파수 파티션(FP0)을 할당한다. 셀 가장자리의 각 섹터에는 제2 주파수 파티션(FP1) 내지 제4 주파수 파티션(FP3) 중 어느 하나를 할당한다. 이때, 인접한 셀 간에는 서로 다른 주파수 파티션이 할당되도록 한다. 이하, 할당된 주파수 파티션을 활성(active) 주파수 파티션, 할당 받지 못한 주파수 파티션을 비활성(inactive) 주파수 파티션이라 한다. 예를 들어, 제2 주파수 파티션(FP1)이 할당된 경우, 제2 주파수 파티션은 활성 주파수 파티션이고, 제3 주파수 파티션(FP2) 및 제4 주파수 파티션(FP3)은 비활성 주파수 파티션이 된다.
주파수 재사용 계수(FRF; Frequency Reuse Factor)는 전체 주파수 대역을 몇 개의 셀(또는 섹터)로 나눌 수 있는지로 정의될 수 있다. 이 경우, 셀 내부의 주파수 재사용 계수는 1이고, 셀 가장자리의 각 섹터의 주파수 재사용 계수는 3일 수 있다.
복수의 셀이 존재할 때 하향링크 자원은 서브밴드 파티셔닝(subband partitioning), 미니밴드 퍼뮤테이션(miniband permutation), 주파수 파티셔닝(frequency partitioning) 등의 과정을 거쳐 맵핑될 수 있다. 이러한 과정을 부채널화(subchannelization) 과정이라 할 수 있다.
먼저 서브밴드 파티셔닝 과정을 설명한다.
도 6은 서브밴드 파티셔닝 과정의 일 예를 나타낸다. 도 6은 대역폭이 10Mhz인 경우의 서브밴드 파티셔닝 과정을 나타낸다.
복수의 PRU는 서브밴드(SB; subband)와 미니밴드(MB; miniband)로 나뉜다. 서브밴드는 N1개의 인접한 PRU를 포함하고, 미니밴드는 N2개의 인접한 PRU를 포함한다. N1=4, N2=1일 수 있다. 서브밴드는 주파수 영역에서 연속된 PRU가 할당되므로 주파수 선택적 자원 할당에 적합하다. 미니밴드는 주파수 분산적 자원 할당에 적합하며, 주파수 영역에서 퍼뮤테이션될 수 있다.
서브밴드의 개수는 KSB로 나타낼 수 있다. 서브밴드에 할당되는 PRU의 개수는 LSB로 나타낼 수 있으며, LSB=N1*KSB이다. KSB는 대역폭에 변할 수 있다. 서브밴드로 할당되고 남은 PRU는 미니밴드로 할당된다. 미니밴드의 개수는 KMB로 나타낼 수 있다. 미니밴드에 할당되는 PRU의 개수는 LMB로 나타낼 수 있으며, LMB=N2*KMB이다. PRU의 총 개수 NPRU=LSB+LMB이다.
복수의 PRU는 서브밴드와 미니밴드로 나뉘고 서브밴드 PRU(PRUSB)와 미니밴드 PRU(PRUMB) 내에서 재배열된다. PRUSB 내의 PRU들은 각각 0~(LSB-1) 중 어느 하나로 인덱싱되고, PRUMB 내의 PRU들은 각각 0~(LMB-1)로 중 어느 하나로 인덱싱된다.
도 7은 미니밴드 퍼뮤테이션 과정의 일 예를 나타낸다. 도 7은 대역폭이 10MHz일 때 상기 도 6의 서브밴드 파티셔닝 과정에 이어서 수행될 수 있다. 미니밴드 퍼뮤테이션 과정에서 PRUMB는 퍼뮤테이션 PRU(PPRUMB)로 맵핑된다. 이는 각 주파수 파티션에서 주파수 다이버시티를 보장하기 위함이다.
도 8은 주파수 파티셔닝 과정의 일 예를 나타낸다. 도 8은 대역폭이 10MHz일 때 상기 도 6의 서브밴드 파티셔닝 과정과 상기 도 7의 미니밴드 퍼뮤테이션 과정에 이어서 수행될 수 있다. PRUSB와 PPRUMB의 PRU들은 적어도 하나의 주파수 파티션으로 할당된다. 주파수 파티션의 개수는 최대 4개일 수 있다. 주파수 파티션 구성 정보는 하향링크 주파수 파티션 구성(DFPC; Downlink Frequency Partition Configuration)에 의해서 결정될 수 있다. DFPC는 대역폭에 따라서 구성이 달라질 수 있으며, S-SFH 등을 통해 브로드캐스트 될 수 있다. DFPC는 3비트 또는 4비트의 길이를 가질 수 있다. DFPC는 주파수 파티션의 크기, 주파수 파티션의 개수 등을 지시할 수 있다. 주파수 파티션 카운트(FPCT; Frequency Partition Count)는 주파수 파티션의 개수를 나타낸다. FPSi는 i번째 주파수 파티션(FPi)에 할당되는 PRU의 개수를 나타낸다. 또한, 상향링크 주파수 파티션 서브밴드 카운트(DFPSC; Downlink Frequency Partition Subband Count)는 FPi(i>0)에 할당되는 서브밴드의 개수를 정의한다. DFPSC는 1비트 내지 3비트의 길이를 가질 수 있다.
i번째 주파수 파티션의 서브밴드의 개수는 KSB,FPi로 나타낼 수 있다. 각 주파수 파티션의 서브밴드 PRU의 개수는 LSB,FPi로 나타낼 수 있으며, LSB,FPi=N1*KSB,FPi이다. i번째 주파수 파티션의 미니밴드의 개수는 KMB,FPi로 나타낼 수 있다. 각 주파수 파티션의 미니밴드 PRU의 개수는 LMB,FPi로 나타낼 수 있으며, LMB=N2*KMB이다. 각 주파수 파티션 내의 서브밴드 PRU와 미니밴드 PRU는 PRUFPi로 맵핑된다.
상술한 서브밴드 파티셔닝, 미니밴드 퍼뮤테이션 및 주파수 파티셔닝의 과정은 복수의 셀에 대한 자원 맵핑 과정에 해당한다. 복수의 셀에 대한 자원 맵핑이 수행된 후, 셀 특정(cell-specific) 자원 맵핑이 수행될 수 있다. 셀 특정 자원 맵핑은 CRU/DRU 할당, 부반송파 퍼뮤테이션 등의 과정을 포함할 수 있다. 셀 특정 자원 맵핑에 의해서 PRUFPi가 LRU로 맵핑되며, 이는 하나의 주파수 파티션 내에서만 수행될 수 있다.
PRUFPi는 하나의 주파수 파티션 내에서 CRU와 DRU로 나뉠 수 있다. CRU/DRU 할당은 섹터(sector)를 기준으로 수행될 수 있다. PRUSB로부터 할당된 PRU들은 CRU로, PRUMB로부터 할당된 PRU들은 DRU로 할당된다. 다만, FP0에서는 PRUMB로부터 할당된 PRU들 중 일부가 서브밴드로 할당될 수 있다. 이는 일반적으로 중심 주파수 대역을 사용하는 FP0에서 주파수 선택적으로 자원 할당을 할 필요가 있기 때문이다.
주파수 파티션 FPi에서 서브밴드 기반 CRU(이하 서브밴드 CRU)의 개수는 LSB-CRU,FPi, 미니밴드 기반 CRU(이하 미니밴드 CRU)의 개수는 LMB-CRU,FPi로 나타낼 수 있다. N1개 단위로 측정된 FPi 내에 할당된 서브밴드 및 미니밴드의 총 개수는 하향링크 CRU 할당 크기인 DCASi로 나타낼 수 있다. 또한, FP0 내에 할당된 서브밴드 기반 CRU의 개수는 서브밴드 단위로 DCASSB,0, 미니밴드 기반 CRU의 개수는 미니밴드 단위로 DCASMB,0으로 나타낼 수 있다. FP0에 대해서 DCASSB,0 및 DCASMB,0은 SFH를 통해서 브로드캐스트 될 수 있다. DCASSB,0 및 DCASMB,0은 3 내지 5비트의 길이를 가질 수 있다. DCASMB,0는 대역폭의 크기에 따라 변할 수 있다.
DRU에 할당된 부반송파들은 부반송파 퍼뮤테이션 과정에 의하여 하나의 주파수 파티션 내에서 전체 자원 영역으로 분산될 수 있다.
이하, 중계국을 도입한 무선 통신 시스템의 프레임 구조에 대하여 설명한다.
도 2의 프레임 구조는 기지국과 매크로 단말 간에 적용될 수 있다. 그러나 무선 통신 시스템이 중계국을 포함하는 경우, 중계국에 기지국과 매크로 단말 간에 적용되는 프레임 구조를 동일하게 적용하기 어렵다. 중계국은 중계국 자신에 연결된 중계국 단말에 대한 하향링크 전송을 위한 무선 자원 영역이 필요하다. 또한, 중계국은 중계국 단말로부터 신호를 수신한 후 디코딩하여 기지국으로 재전송하기 때문에 상향링크 전송을 위한 무선 자원 영역이 필요하다. 중계국은 동일한 주파수 대역에서 중계국에 연결된 단말로 신호를 전송하거나 기지국으로부터 신호를 수신할 수 있다. 또한 중계국은 동일한 주파수 대역에서 중계국에 연결된 단말로부터 신호를 수신하거나 기지국으로 신호를 전송할 수 있다. 따라서, 중계국은 신호의 송/수신 동작 스위칭 시 전환 시간(transition gap)이 필요하다. 일반적으로 중계국은 전환 시간에서 신호를 수신하거나 전송하지 못하는 것으로 가정한다.
중계국은 프리앰블로 기지국과 다른 고유의 시퀀스를 사용할 수 있다. 단말은 프리앰블을 통해 수신된 시퀀스를 해석하여, 자신이 기지국에 의해 서비스되는지 아니면 중계국에 의하여 서비스되는지를 알 수 있다. 이를 인식(awareness)이라 칭한다. 단말이 중계국에 의하여 서비스되는지 여부를 인식할 수 있으므로 중계국은 기지국과 다른 프레임 구조를 사용할 수 있다. 중계국을 위한 프레임 구조는 전환 시간을 포함하는 서브프레임을 포함할 수 있다. 중계국 및 단말 간의 통신에서 단말은 기지국과의 통신에 사용되는 프레임 구조와 다른 프레임 구조에 따라 신호의 송수신을 수행할 수 있다. 만약 단말이 기지국에 의해 서비스되는지 또는 중계국에 의해 서비스되는지 인식하지 못하는 경우에는 상기 단말이 기지국과 다름없이 중계국의 서비스를 이용할 수 있도록 프레임 구조 및 전환 시간을 결정하여야 한다. 이 때 중계국-기지국 간의 프레임 구조는 단말-기지국 간의 프레임 구조와 달라질 수 있다. 중계국은 기지국으로부터 중계국 프레임에 대한 프레임 설정 정보를 수신하고, 프레임 설정 정보에 따라 중계국 프레임을 설정할 수 있다. 프레임 설정 정보는 중계국 프레임에 있어 중계국에 연결된 단말과 통신하는 무선 자원 영역, 기지국과 통신하는 무선 자원 영역을 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 기지국은 프레임 설정 정보를 하향링크 제어 정보에 포함하여 전송할 수 있다. 예컨대, 프레임 설정 정보는 SFH에 포함되어 전송될 수 있다. 이러한 경우, 프레임 설정 정보는 복수의 프레임에 대하여 적용될 수 있다. 프레임 설정 정보에 따라 설정되는 중계국 프레임에 대해서는 상세히 후술한다. 중계국은 설정된 중계국 프레임 구조에 따라 중계국에 연결된 단말 또는 기지국으로 신호를 전송하거나 수신한다.
도 9는 중계국을 포함하는 시스템의 프레임 구조의 일 예이다.
중계국을 포함하는 시스템에서 표 1의 OFDMA 파라미터를 그대로 사용할 수 있다. 기지국과 단말의 슈퍼프레임은 시간 정렬(time align)될 수 있고 동일한 수의 프레임과 서브프레임을 포함할 수 있다. 중계국의 매 슈퍼프레임은 SFH를 포함하고, 중계국이 전송하는 SFH는 기지국이 전송하는 SFH와 동일한 위치와 포맷(format)을 가진다. 중계국 프리앰블(SA-프리앰블 및 PA-프리앰블)은 상위의(superordinate) 기지국 프리앰블과 동시에 전송된다.
중계국은 기본적인 IEE 802.16m 시스템의 프레임 구조를 따른다. 중계국이 전송과 수신을 동시에 수행할 수 있는 STR(Simultaneous Transmit Receive) 중계에서, 기지국-중계국 프레임 구조 및 중계국-단말 프레임 구조는 기지국-단말 프레임 구조와 동일하다. TTR(Time-division Transmit and Receive) 중계에서, 기지국-중계국 프레임 및 단말 프레임은 시간 분할되어 다중 송신된다. 이하에서 TTR 중계에 관하여 설명한다.
중계국을 지원하는 시스템에서, 기지국 프레임은 액세스 존과 중계 존으로 나뉜다. 프레임 내에서 액세스 존은 중계 존보다 먼저 위치할 수 있다. 또는 FDD 시스템에서 상향링크 프레임 내에서 중계 존이 액세스 존보다 먼저 위치할 수 있다. 액세스 존 및 중계 존의 지속 기간(duration)은 DL과 UL에서 다르다. 액세스 존 및 중계 존의 설정은 기지국에 의해 전송되는 중계국 설정 명령 메시지(AAI_ARS-CONFIG-CMD message)를 통해서 이루어질 수 있다.
기지국 프레임 액세스 존은 DL 액세스 존과 UL 액세스 존으로 구성되고, 중계 존은 DL 중계 존과 UL 중계 존으로 구성된다. 기지국 프레임 액세스 존은 오직 단말과 통신하기 위하여 사용된다. 기지국 프레임 중계 존은 중계국과 통신하는데 사용되고 단말과 통신하는데 사용될 수도 있다. DL 중계 존에서 기지국은 하위의(subordinate) 중계국으로 신호를 전송하고 UL 중계 존에서 기지국은 하위의 중계국으로부터 신호를 수신한다.
중계국 프레임 액세스 존은 DL 액세스 존과 UL 액세스 존으로 구성되며 중계 존은 DL 중계 존과 UL 중계 존으로 구성된다. 중계국 프레임 액세스 존은 오직 단말과 통신하기 위하여 사용된다. DL 중계 존에서 중계국은 상위의 기지국으로부터 신호를 수신하고 UL 중계 존에서 중계국은 상위의 기지국으로 신호를 전송한다.
중계국 또는 단말이 프레임 설정 인덱스(frame configuration index)를 S-SFH SP1를 통하여 수신하였을 때, 프레임에서 DL/UL 액세스 존 및 중계국 존이 설정된다.
각 중계국 프레임에서 R-TTI(Relay Transmit to receive Transition Interval)가 삽입될 수 있다. R-TTI는 중계국과 상위국 사이의 ARSTTG(ARS Transmit/receive Transition Gap)과 RTD(Round-Trip Delay)를 위하여 삽입될 수 있다. 또한, 각 중계국 프레임에서 R-RTI(Relay Receive to transmit Transition Interval)가 삽입될 수 있다. R-RTI는 중계국과 상위국 사이의 ARSRTG(ARS Receive/transmit Transition Gap)과 RTD(Round-Trip Delay)를 위하여 삽입될 수 있다.
도 10은 중계국을 포함하는 시스템의 프레임 구조의 또 다른 예이다.
도 10을 참조하면, 각 프레임은 8개의 서브프레임을 포함한다. 하나의 프레임에 포함되는 DL 서브프레임의 개수는 5개, UL 서브프레임의 개수는 3개일 수 있다. 하나의 프레임의 포함되는 DL 서브프레임 및 UL 서브프레임의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
기지국 프레임에서 하향링크 영역과 상향링크 영역 사이에 TTG(Transmit/receive Transition Gap)이 할당될 수 있다. TTG는 하향링크 영역의 마지막 OFDMA 심벌에 할당될 수 있다. 또한, 기지국 프레임에서 상향링크 영역과 하향링크 영역 사이에 RTG(Receive/transmit Transition Gap)이 할당될 수 있다. RTG는 상향링크 영역의 마지막 OFDMA 심벌에 할당될 수 있다.
중계국 프레임에서 하향링크 영역은 DL 액세스 존과 DL 중계 존으로 구분될 수 있다. DL 액세스 존은 2개의 DL 서브프레임, DL 중계 존은 3개의 DL 서브프레임을 차지하는 것으로 가정하나, 이에 제한되지 않는다. DL 중계 존에서 기지국에서 중계국으로 신호의 전송이 수행된다. DL 액세스 존과 DL 중계 존 사이에 ARS-TTG가 할당될 수 있다. ARG-TTG는 중계국의 RF 동작을 송신 모드에서 수신 모드로 전환하기 위한 전환 시간이다. ARS-TTG는 DL 중계 존의 첫 번째 OFDMA 심벌에 할당될 수 있다. 또한, 상향링크 영역은 UL 액세스 존과 UL 중계 존으로 구분될 수 있다. UL 액세스 존은 1개의 UL 서브프레임, UL 중계 존은 2개의 UL 서브프레임을 차지하는 것으로 가정하나, 이에 제한되지 않는다. UL 중계 존에서 중계국에서 기지국으로 신호의 전송이 수행된다. UL 액세스 존과 UL 중계 존 사이에 ARS-RTG가 할당될 수 있다. ARG-RTG는 중계국의 RF 동작을 수신 모드에서 송신 모드로 전환하기 위한 전환 시간이다. ARS-RTG는 UL 중계 존의 첫 번째 OFDMA 심벌에 할당될 수 있다.
일반적으로 기지국과 중계국은 거의 움직이지 않고 링크 품질이 좋은 장소에 위치할 수 있으므로, 기지국과 중계국 사이의 링크 품질은 기지국과 단말 사이의 링크 품질보다 좋다. 따라서 MIMO 기법을 이용하여 데이터를 전송할 때 폐루프(CL; Closed-Loop) MIMO 기법을 이용할 수 있다. CL MIMO 기법은 기지국이 단말 또는 중계국으로부터 피드백 받은 채널 또는 링크의 품질에 관한 정보를 이용하여 무선 자원을 스케쥴링하는 MIMO 기법이다. 반면에 개루프(OL; Open-Loop) MIMO 기법은 기지국이 단말 또는 중계국으로부터 피드백 받은 채널 또는 링크의 품질에 관한 정보를 무선 자원의 스케쥴링에 이용하지 않는 MIMO 기법이다. CL MIMO 기법을 이용하는 경우, 서브밴드 CRU가 할당되는 것이 바람직하다.
한편, 기지국은 부채널화 과정에서 기지국과 연결된 단말들에 맞추어 주파수 파티션의 개수, 주파수 파티션 내의 CRU의 개수, 서브밴드 CRU/미니밴드 CRU/DRU의 개수 등을 결정하는 파라미터(parameter)를 결정할 수 있다. 중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서는 부채널화 과정에서 기지국에 연결된 단말들뿐만 아니라 중계국도 고려하여야 하며, 이에 따라 기존의 부채널화 방법과는 새로운 방법이 요구될 수 있다.
이하, 제안된 발명에 의한 중계국을 포함한 무선 통신 시스템에서 무선 자원 할당 방법을 설명하도록 한다. 본 발명에 의해서 중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 기지국 프레임의 중계 존의 부채널화가 수행될 수 있다. 이하의 설명에서 부채널화와 관련된 파라미터(이하 부채널화 파라미터)는 주파수 파티션의 개수(FPCT), 주파수 파티션 내의 CRU의 개수(CASi), FP0 내의 서브밴드 CRU의 개수(CASSB,0) 또는 FP0 내의 미니밴드 CRU의 개수(CASMB,0)을 포함할 수 있다. 또한, 제안된 발명은 하향링크 자원 또는 상향링크 자원의 부채널화 과정에 모두 적용될 수 있다.
1) 기지국 프레임의 중계 존의 부채널화 과정이 기지국 프레임의 액세스 존의 부채널화 과정과 동일할 수 있다. 또한, 부채널화 과정을 거친 무선 자원은 구분 없이 중계국과 단말에 할당될 수 있다. 이때 중계 존의 부채널화 파라미터는 액세스 존의 부채널화 파라미터와 동일하다. 중계 존의 부채널화 파라미터는 액세스 존의 부채널화 파라미터와 마찬가지로 SFH를 통해서 브로드캐스트 되거나 ABI, 메시지 또는 MAP 등을 통하여 단말로 전송될 수 있다. 이에 따라 기지국과 연결된 중계국 및 단말은 동시에 중계 존에 할당될 수 있으며, 중계국의 존재 여부를 알리는 신호를 단말로 따로 전송할 필요가 없다. 즉, 중계국의 존재가 단말에 대하여 투명(transparent)하다.
2) 또는, 중계 존의 부채널화 과정을 액세스 존의 부채널화 과정과 동일하게 하되, 부채널화 과정을 거친 무선 자원을 중계국 및 단말에 구분하여 할당할 수 있다. 중계 존의 부채널화 과정과 액세스 존의 부채널화 과정이 동일하므로 중계 존의 부채널화 파라미터는 액세스 존의 부채널화 파라미터가 동일하며, 중계 존의 부채널화 파라미터는 SFH를 통해서 브로드캐스트 되거나 ABI, 메시지 또는 MAP 등을 통하여 단말로 전송될 수 있다. 이에 따라 기지국과 연결된 중계국 및 단말은 동시에 중계 존에 할당될 수 있으며, 중계국의 존재 여부를 알리는 신호를 단말로 따로 전송할 필요가 없다. 즉, 중계국의 존재가 단말에 대하여 투명하다.
중계국을 위한 무선 자원으로 DRU로 할당되는 자원을 제외한 나머지 무선 자원이 중계국에 할당될 수 있다. R-MAP(Relay-MAP)에서 알려주는 중계국을 위한 자원 할당 정보는 물리 서브밴드 인덱스(physical subband index)에 기반할 수 있다. 물리 서브밴드는 물리 영역의 PRU가 4개씩 묶인 형태일 수 있다. 상기 물리 서브밴드 인덱스는 서브밴드 인덱스를 비트맵으로 표현한 형태일 수 있고, 물리 서브밴드의 시작점과 중계국을 위하여 할당된 물리 서브밴드의 개수를 표현할 것일 수 있다. 중계 존의 부채널화 과정은 기존의 무선 자원의 부채널화 과정과 동일하므로 상기 중계국을 위한 자원 할당 정보에 따라 CRU 또는 DRU로 할당되는 자원의 PRU 인덱스를 알 수 있고, 이에 따라 중계국은 DRU로 사용되는 PRU를 제외한 나머지 PRU들을 할당 받을 수 있다. 또한, CL-MIMO 기법을 위하여 할당 받은 PRU들을 서브밴드 CRU로 이용할 수도 있다. 즉, 중계국에 의한 모든 데이터 전송은 서브밴드 CRU를 통하여 할 수 있다. 또는 중계국을 위한 자원 할당시 추가적인 시그널링을 통해 할당 받은 PRU들을 사용하는 방법을 지시할 수도 있다. 예를 들어 할당 받은 물리 서브밴드 CRU 내에 사용 가능한 PRU의 개수가 일정 개수 이상이면 서브밴드 CRU로, 일정 개수 이하이면 미니밴드 CRU로 사용할 수 있다.
도 11은 제안된 무선 자원 할당 방법에 따른 중계 존의 부채널화 과정의 일 예이다.
복수의 PRU가 부채널화 과정에 의하여 물리 영역(physical domain)에서 논리 영역(logical domain)으로 맵핑된다. 복수의 PRU는 4개의 PRU 단위로 물리 서브밴드를 구성하여 부채널화될 수 있으며, 부채널화 과정은 기존의 부채널화 과정과 동일할 수 있다. 부채널화 과정 중 서브밴드 파티셔닝 과정에 의해 복수의 물리 서브밴드는 서브밴드와 미니밴드로 구분되며, 서브밴드로 맵핑된 물리 서브밴드들(SB1, SB4)은 서브밴드 CRU로 할당된다. 서브밴드 CRU는 기지국과 단말에 모두 할당될 수 있다. 미니밴드로 맵핑된 나머지 물리 서브밴드들(SB2, SB3, SB5, SB6)은 미니밴드 CRU 또는 DRU로 할당된다. 이때 동일한 인덱스를 가지는 물리 서브밴드 내에 미니밴드 CRU로 할당되는 PRU와 DRU로 할당되는 PRU가 공존할 수 있다. 제안된 발명에 의하여 동일한 인덱스를 가지는 물리 서브밴드 중 미니밴드 CRU로 할당되는 PRU는 오직 중계국을 위하여 할당될 수 있다. 이때 동일한 인덱스를 가지는 물리 서브밴드 중 DRU로 할당되는 PRU는 묵시적으로 제외될 수 있다. DRU로 할당된 PRU는 기지국과 단말에 모두 할당될 수 있다. 이에 따라 단말은 서브밴드 CRU 또는 DRU만을 할당 받을 수 있다.
한편, DRU로 사용되는 PRU의 위치는 모든 주파수 파티션에서의 DRU로 사용되는 PRU를 나타낼 수도 있고, 첫 번째 주파수 파티션인 FP0에서의 DRU로 사용되는 PRU를 나타낼 수도 있다. 또는, SFH에 의해서 지정되는 ACK/NACK 또는 non-user 특정 A-MAP 전송을 위한 주요(primary) 주파수 파티션에서의 DRU로 사용되는 PRU를 나타낼 수도 있다. 예를 들어 FP0에서의 DRU로 사용되는 PRU를 나타내는 경우라면, 중계국은 FP0로 할당되는 물리 서브밴드 내의 DRU로 할당되는 PRU는 할당 받지 않지만, 나머지 주파수 파티션에 할당되는 물리 서브밴드 내의 DRU로 할당되는 PRU는 할당 받을 수 있다. 이때 FP0를 제외한 나머지 주파수 파티션의 DRU는 단말에 할당하지 않을 수 있다.
만약 단말에 미니밴드 CRU를 할당하기 위하여는 그와 관련된 정보를 중계국에 시그널링 해야 한다. 이때에도 단말에 할당된 미니밴드 CRU를 제외한 나머지 미니밴드 CRU는 상기와 마찬가지로 서브밴드 CRU로 사용할 수 있다.
도 12는 제안된 무선 자원 할당 방법의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.
단계 S100에서 기지국은 중계 존을 위한 부채널화 파라미터를 SFH, ABI, 메시지 또는 MAP을 통해 중계국 및 단말로 전송한다. 상기 부채널화 파라미터는 중계국 및 단말에서 공통적으로 사용하는 부채널화 파라미터일 수 있다. 단계 S110에서 기지국은 상기 부채널화 파라미터를 기반으로 하여 중계국에 무선 자원을 할당한다. 이때 중계국에 할당되는 무선 자원은 DRU에 할당되는 무선 자원을 제외한 나머지 무선 자원일 수 있다.
3) 중계 존의 부채널화 과정을 액세스 존의 부채널화 과정과 다르게 할 수 있다. 이에 따라 중계 존의 부채널화 파라미터는 액세스 존의 부채널화 파라미터와 달라질 수 있다. 상기 중계 존의 부채널화 파라미터는 SFH, ABI, 메시지 또는 MAP을 통하여 중계국 및 단말로 전송될 수 있다. 기지국과 연결된 중계국 및 단말은 동시에 중계 존에 할당될 수 있다. 다만, 중계국의 존재 여부를 알리는 신호를 SFH 또는 ABI를 통해서 중계국 및 단말로 전송해야 할 필요가 있다.
도 13은 제안된 무선 자원 할당 방법의 또 다른 실시예를 나타내는 블록도이다.
단계 S200에서 기지국은 중계국의 존재 여부를 알리는 중계국 존재 신호를 기지국 및 단말로 전송한다. 중계국 존재 신호와 함께 프레임 구조를 결정하는 신호가 함께 전송될 수 있다. 상기 중계국 존재 신호는 SFH 또는 ABI를 통해서 전송될 수 있다. 단계 S210에서 기지국은 중계 존을 위한 제1 부채널화 파라미터를 ABI를 통해 중계국 및 단말로 전송한다. 상기 제1 부채널화 파라미터는 중계국 및 단말에서 공통적으로 사용하는 부채널화 파라미터일 수 있다. 상기 제1 부채널화 파라미터는 중계 존을 통하여 중계국 및 단말로 전송되거나, 또는 중계국으로 중계 존을 통하여, 단말로 액세스 존을 통하여 전송될 수 있다. 단계 S220에서 기지국은 중계 존을 위한 제2 부채널화 파라미터를 메시지를 통하여 중계국으로 전송한다. 상기 제2 부채널화 파라미터는 오직 중계국을 위하여 사용되는 부채널화 파라미터일 수 있다. 단계 S230에서 기지국은 상기 제1 및 제2 부채널화 파라미터를 기반으로 하여 중계국에 무선 자원을 할당한다.
4) 중계 존의 부채널화 과정을 액세스 존의 부채널화 과정과 다르게 하되, 중계 존을 위한 부채널화 파라미터를 명시적으로 전송하지 않고 중계국과 단말이 중계 존을 위한 부채널화 파라미터를 알게 할 수 있다. 중계 존의 부채널화 파라미터는 액세스 존의 부채널화 파라미터와 달라질 수 있다. 중계 존을 위한 부채널화 파라미터는 명시적으로 전송되지 않고, 다양한 종류의 부채널화 파라미터가 미리 지정될 수 있다. 예를 들어 주파수 파티션의 개수(FPCT)는 1개로 지정될 수 있다. 특정 주파수 파티션 내의 서브밴드 CRU의 개수 및 미니밴드 CRU의 개수도 미리 지정될 수 있고, 특정 주파수 파티션 내의 CRU의 개수도 미리 지정될 수 있다. DRU의 개수는 기지국 프레임의 액세스 존의 DRU의 개수와 같게 정해지거나 또는 고정된 개수로 정해질 수 있다. 기지국과 연결된 중계국 및 단말은 동시에 중계 존에 할당될 수 있다. 다만, 중계국의 존재 여부를 알리는 신호를 SFH 또는 ABI를 통해서 중계국 및 단말로 전송해야 할 필요가 있다.
한편, 중계 존의 부채널화 파라미터가 액세스 존의 부채널화 파라미터와 다를 경우 중계국의 존재 여부를 단말로 전송해야 하는데, 이는 시그널링 오버헤드로 작용할 수 있다. 따라서 중계국의 존재 여부를 시그널링 하지 않고 암묵적으로 단말에 알리는 방법이 제안될 수 있다. 예를 들어 중계국이 존재할 때와 존재하지 않을 때 미드앰블이 전송되는 위치를 변화시킴으로써 중계국의 존재 여부를 단말에 알려줄 수 있다. 중계국이 존재하지 않을 때에는 액세스 존에서 미드앰블을 전송하고 중계국이 존재할 때에는 중계 존에서 미드앰블을 전송한다. 단말은 중계국이 존재하지 않는다고 가정하고 액세스 존에서 미드앰블의 수신을 시도한다. 미드앰블의 수신에 성공하면 중계국이 존재하지 않음을 알 수 있고, 미드앰블을 수신하지 못하면 중계국이 존재함을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예가 구현되는 기지국 및 중계국의 나타낸 블록도이다.
기지국(800)은 프로세서(810; processor), 메모리(820; memory) 및 RF부(830; Radio Frequency unit)을 포함한다. 프로세서(810)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 프로세서(810)는 중계 존을 위한 부채널화 파라미터를 전송하고, 상기 부채널화 파라미터를 기반으로 중계국에 무선 자원을 할당한다. 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(810)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(820)는 프로세서(810)와 연결되어, 프로세서(810)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다. RF부(830)는 프로세서(810)와 연결되어, 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다.
중계국(900)은 프로세서(910), 메모리(920) 및 RF부(930)을 포함한다. RF부(930)는 프로세서(910)와 연결되어 무선 신호를 전송 및/또는 수신한다. 프로세서(910)는 제안된 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 또한, 무선 인터페이스 프로토콜의 계층들은 프로세서(910)에 의해 구현될 수 있다. 메모리(920)는 프로세서(910)와 연결되어, 프로세서(910)를 구동하기 위한 다양한 정보를 저장한다.
프로세서(810, 910)은 ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로 및/또는 데이터 처리 장치를 포함할 수 있다. 메모리(820, 920)는 ROM(read-only memory), RAM(random access memory), 플래쉬 메모리, 메모리 카드, 저장 매체 및/또는 다른 저장 장치를 포함할 수 있다. RF부(830, 930)은 무선 신호를 처리하기 위한 베이스밴드 회로를 포함할 수 있다. 실시예가 소프트웨어로 구현될 때, 상술한 기법은 상술한 기능을 수행하는 모듈(과정, 기능 등)로 구현될 수 있다. 모듈은 메모리(820, 920)에 저장되고, 프로세서(810, 910)에 의해 실행될 수 있다. 메모리(820, 920)는 프로세서(810, 910) 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서(810, 910)와 연결될 수 있다.
상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 실시예들은 다양한 양태의 예시들을 포함한다. 다양한 양태들을 나타내기 위한 모든 가능한 조합을 기술할 수는 없지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 다른 조합이 가능함을 인식할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 이하의 특허청구범위 내에 속하는 모든 다른 교체, 수정 및 변경을 포함한다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 중계국을 포함하는 무선 통신 시스템에서 기지국에 의한 무선 자원 할당 방법에 있어서,
    중계 존(relay zone)을 위한 부채널화 파라미터(subchannelization parameter)를 전송하고,
    상기 부채널화 파라미터를 기반으로 중계국에 무선 자원을 할당하는 것을 포함하되,
    상기 중계 존은 프레임(frame) 내에서 기지국이 중계국으로 신호를 전송하거나 중계국으로부터 신호를 수신하는 영역이며,
    상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 분산 자원 유닛(DRU; Distributed Resource Unit)으로 할당되는 물리 자원 유닛들(PRUs; Physical Resource Units)을 제외한 나머지 PRU들인 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 서브밴드(subband) CRU(Contiguous Resource Unit)로 할당되는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 물리 영역(physical domain)에서의 상기 PRU들의 물리 서브밴드 인덱스(physical subband index)를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 DRU로 할당되는 PRU는 복수의 주파수 파티션의 일부 또는 전부에 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 부채널화 파라미터는 주파수 파티션(frequency partition)의 개수, 특정 주파수 파티션 내의 연속 자원 유닛(CRU; Contiguous Resource Unit)의 개수, 제1 주파수 파티션 내의 서브밴드 CRU의 개수 또는 서브밴드 DRU의 개수 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부채널화 파라미터는 SFH(Superframe Header), ABI(Advanced Broadcast Information), 메시지 또는 MAP 중 어느 하나를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중계국에 할당되는 무선 자원의 용도를 지시하는 신호를 전송하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    중계국의 존재 여부를 지시하는 중계국 존재 신호를 전송하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중계국 존재 신호는 SFH 또는 ABI를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 방법.
  10. 무선 신호를 송신 또는 수신하는 RF(Radio Frequency)부; 및
    상기 RF부와 연결되는 프로세서를 포함하되,
    상기 프로세서는,
    중계 존(relay zone)을 위한 부채널화 파라미터(subchannelization parameter)를 전송하고,
    상기 부채널화 파라미터를 기반으로 중계국에 무선 자원을 할당하도록 구성되며,
    상기 중계 존은 프레임(frame) 내에서 중계국으로 신호를 전송하거나 중계국으로부터 신호를 수신하는 영역이며,
    상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 분산 자원 유닛(DRU; Distributed Resource Unit)으로 할당되는 물리 자원 유닛들(PRUs; Physical Resource Units)을 제외한 나머지 PRU들인 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 서브밴드(subband) CRU(Contiguous Resource Unit)로 할당되는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 중계국에 할당되는 무선 자원은 물리 영역(physical domain)에서의 상기 PRU들의 물리 서브밴드 인덱스(physical subband index)를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 DRU로 할당되는 PRU는 복수의 주파수 파티션의 일부 또는 전부에 포함되는 것을 특징으로 하는 무선 자원 할당 장치.
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