KR20140050764A - 무선 중계 방법 및 이를 이용하는 중계 장치 - Google Patents

무선 중계 방법 및 이를 이용하는 중계 장치 Download PDF

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KR20140050764A
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Abstract

무선 중계 방법 및 이를 이용하느 중계 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 무선 중계 방법은, 셋업시 수신 신호를 증폭하여 포워딩하는 증폭-포워딩 모드로 동작하는 단계, 상기 중계기의 식별자 정보를 브로드캐스팅하는 단계, 및 기지국으로부터 모드 전환 메시지를 수신하는 경우 동작 모드를 디코딩-포워딩 모드로 변경하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 최소 중계 지연 시간의 장점을 가지면서도 자원 효율성을 높일 수 있다.

Description

무선 중계 방법 및 이를 이용하는 중계 장치{RELAYING METHOD IN WIRELESS COMMUNICATION NETWORK AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 중계 방법에 관한 것으로, 다중 중계 모드를 가진 무선 중계기를 포함하는 멀티 홉 이동통신 시스템에서의 무선 중계 방법 및 이를 이용하는 중계 장치에 관한 것이다.
중계기(Relay Node: RN)는 기지국과 사용자 단말(UE; User Equipment) 사이를 이어주는 중계자 역할을 하는 장치로, 새로운 기지국의 추가와 유선 백홀의 증설 없이 음영지역, 셀 경계에 중계기를 설치하여 효과적으로 셀 커버리지를 확장하고 쓰루풋(throughput)을 높이는 것을 주 목적으로 한다.
중계기는 도너 기지국의 셀 커버리지 경계 혹은 그 밖에 설치되어 기지국 셀 반경을 벗어난 단말들에게 서비스를 제공한다거나, 빌딩 숲을 마주하고 기지국과 반대 쪽에 위치하는 단말들, 빌딩들 사이에 위치하는 단말들, 무선 환경이 좋지 않은 건물 내에 위치하는 단말들, 지하철 내의 단말들을 위해 중계기가 기지국의 신호를 릴레잉하여 서비스할 수 있다.
도 1은 중계기를 사용하여 셀 쓰루풋을 향상시키는 중계기 사용 모델을 나타낸다. 도 1에 도시된 중계기(200-1, 200-2)는 도너 기지국(100)의 셀 반경 내에 위치하여 셀 경계 근처에 위치하는 단말들을 위해 중계기가 없을 때보다 더 좋은 품질의 서비스를 제공한다. 즉, 기지국과의 사이에 중계기가 없는 경우의 단말 1(300-1)의 경우는 낮은 전송 레이트, 예를 들어, QPSK 링크가 제공되지만, 중계기 셀 반경 내에 위치하는 단말 2(300-2) 및 단말 3(300-3)의 경우는 중계기가 기지국으로부터 수신한 데이터를 64QAM 과 같은 높은 전송 레이트로 변환하여 전송함으로써 셀 쓰루풋을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
이처럼 중계기를 이용한 중계 전송 방식은 신호 감쇄로 제한되는 전체 신호 도달 거리를 늘려주고 전체 채널 용량을 증가시키는 장점으로 인해 활발한 연구가 이루어지고 있다.
대표적인 중계 방식으로는 증폭-포워딩(Amplify-and-Forward) 방식과 디코딩-포워딩(Decode-and-Forward) 방식이 있는데, 증폭-포워딩 방식의 경우 노이즈 증폭으로 인한 오류 가능성이 크다는 단점이 있고 디코딩-포워딩 방식의 경우는 전송 지연이 크다는 단점이 존재한다. 이러한 단점은 기지국과 단말 사이를 둘 이상의 중계기가 중계하는 멀티-홉 시스템의 경우 더욱 극명하게 나타나게 된다.
이처럼 중계기의 대표적인 중계 방식 두 가지 중 어느 하나만을 선택하여 사용하는 경우 발생하는 문제를 해결하기 위한 효과적인 방안이 요구된다.
상술한 문제점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 무선 중계 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 무선 중계 방법을 이용하는 중계 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 중계 장치를 위한 중계 모드를 제어하는 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 무선 중계 방법은, 셋업시 수신 신호를 증폭하여 포워딩하는 증폭-포워딩 모드로 동작하는 단계, 상기 중계기의 식별자 정보를 브로드캐스팅하는 단계, 및 기지국으로부터 모드 전환 메시지를 수신하는 경우 동작 모드를 디코딩-포워딩 모드로 변경하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 무선 중계 방법은, 디코딩-포워딩 모드 상태에서 적어도 하나의 단말로부터 랜덤 액세스 메시지를 수신하는 경우, 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하여 상기 단말로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 모드 전환 메시지는 단말이 기지국으로 전송한 랜덤 액세스 정보를 포함하며, 상기 랜덤 액세스 메시지는 상기 중계기의 식별자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 무선 중계 방법은, 상기 중계기에 접속(attach)하고 있던 마지막 단말이 접속해제된 경우 상기 중계기의 동작 모드를 증폭-포워딩 모드로 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
중계 모드 제어 방법은, 단말로부터, 중계기의 식별자를 포함하는 랜덤 액세스 신호를 수신하는 단계, 상기 중계기의 식별자를 통해 해당 중계기를 식별하는 단계, 및 상기 식별된 중계기로 모드 전환 요청을 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
중계 모드 제어 방법은, 상기 중계기로부터 단말과의 접속이 모두 해제되었다는 보고를 수신하는 단계, 및 상기 중계기로 모드 변경 통지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계 장치는, 상기 기지국 및 단말이 전송하는 신호를 수신하고 동작 모드에 따라 수신 처리하는 수신부, 상기 기지국 및 단말로 전송할 신호를 동작 모드에 따라 송신 처리하는 송신부, 셋업시 상기 수신부가 수신한 신호를 증폭하여 포워딩하는 증폭-포워딩 모드로 동작하고, 중계기의 식별자 정보를 브로드캐스팅하며, 기지국으로부터 모드 전환 메시지를 수신하는 경우 동작 모드를 디코딩-포워딩 모드로 변경하고, 변경된 모드에 따라 동작하도록, 상기 수신부 및 송신부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 디코딩-포워딩 모드 상태에서 적어도 하나의 단말로부터 랜덤 액세스 메시지를 수신하는 경우, 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하여 상기 송신부로 전달할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 중계기에 접속(attach)하고 있던 마지막 단말이 접속해제된 경우 동작 모드를 증폭-포워딩 모드로 변경할 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 기지국이 사용하는 자원을 재사용하여 적어도 하나의 접속 단말에게 자원 할당을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은 증폭-포워딩과 디코딩-포워딩 중계방식의 장단점을 고려하여, 증폭-포워딩 중계 방식의 장점인 최소 중계 지연 시간의 장점을 가지면서도, 디코딩-포워딩 중계 방식의 장점인 자원 효율성을 높일 수 있다.
또한, 전송 오류가 성능에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다.
도 1는 중계기를 사용하여 셀 쓰루풋을 향상시키는 중계기 사용 모델을 나타낸다.
도 2는 증폭-포워딩 방식에 따른 중계기의 동작 개념도이다.
도 3은 디코딩-포워딩 방식에 따른 중계기의 동작 개념도이다.
도 4는 다중 홉 이동통신 시스템에서 증폭-포워딩 중계 방식을 사용하는 경우의 신호 흐름도이다.
도 5는 다중 홉 이동통신 시스템에서 디코딩-포워딩 중계 방식을 사용하는 경우의 신호 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 중계 방법에 따라 동작하는 중계기의 초기 동작 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 중계 방법에 따라 동작하는 중계기의 모드 전환 동작 흐름의 일 실시예를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 중계 방법에 따라 동작하는 중계기 동작 흐름의 일 실시예를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 중계 방법에 따라 동작하는 중계기의 모드 전환 동작 흐름의 또 다른 실시예를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 블록 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용하는 '단말'은 이동국(MS), 사용자 장비(UE; User Equipment), 사용자 터미널(UT; User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 터미널, 가입자 유닛(Subscriber Unit), 가입자 스테이션(SS; Subscriber Station), 무선 기기(wireless device), 무선 통신 디바이스, 무선송수신유닛(WTRU; Wireless Transmit/Receive Unit), 이동 노드, 모바일 또는 다른 용어들로서 지칭될 수 있다. 단말의 다양한 실시예들은 셀룰러 전화기, 무선 통신 기능을 가지는 스마트 폰, 무선 통신 기능을 가지는 개인 휴대용 단말기(PDA), 무선 모뎀, 무선 통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 무선 통신 기능을 가지는 디지털 카메라와 같은 촬영장치, 무선 통신 기능을 가지는 게이밍 장치, 무선 통신 기능을 가지는 음악저장 및 재생 가전제품, 무선 인터넷 접속 및 브라우징이 가능한 인터넷 가전제품뿐만 아니라 그러한 기능들의 조합들을 통합하고 있는 휴대형 유닛 또는 단말기들을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원에서 사용하는 '기지국'은 일반적으로 단말과 통신하는 고정되거나 이동하는 지점을 말하며, 베이스 스테이션(base station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(access point) 등을 통칭하는 용어일 수 있다.
본 출원에서 사용되는 용어 '중계기'는 단말과 기지국 사이에서 통신을 중계하는 장치라는 포괄적인 의미로 사용된다. 또한, 릴레이, RN(Relay Node, 릴레이 노드), RS(Relay Station, 릴레이 스테이션), 릴레이 장치, 중계 장치, 중계국 등의 다른 용어로 지칭될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 중계 방법에 대한 이해를 돕기 위해 우선 증폭-포워딩 방식 및 디코딩-포워딩 방식 각각에 대해 살펴본다.
도 2는 증폭-포워딩 방식에 따른 중계기의 동작 개념도이다.
중계기의 중계 방식을 증폭-포워딩(AF) 방식과 디코딩-포워딩(DF) 방식으로 나누는 기준은 중계기가 중계하는 신호를 복원하는지 여부이다.
디코딩-포워딩 기법은 중계기가 수신한 신호를 복원, 즉 완전히 디코딩(decoding)하고 이를 다시 압축, 즉 인코딩하여 포워딩하는 방식이다.
이와 달리 증폭-포워딩 방식은 중계기에서 수신 신호를 복원할 필요가 없이 수신한 신호를 단순히 선형처리하고 이를 다시 증폭하여 전송하는 간단한 과정만을 거친다.
증폭-포워딩 방식은 이와 같이 단순히 RF 전력을 증폭하여 단말에게 포워딩하는 방법으로 구현이 비교적 단순하고 지연(delay)이 짧다는 장점이 있으나, 신호와 함께 노이즈까지 증폭되는 단점이 있다.
도 3은 디코딩-포워딩 방식에 따른 중계기의 동작 개념도이다.
증폭-포워딩 기법의 경우 수신한 신호를 단순히 선형 처리하여 중계하므로, 중계기가 다분히 기지국의 기능에 의존적이며, 별도의 셀 형성 및 자원 할당 등 독자 기지국 기능 수행이 불가능하다.
하지만, 도 3에 나타낸 바와 같은 디코딩-포워딩 기능을 수행하는 중계기의 경우 별도의 셀을 형성하며, 복원하는 신호의 계층에 따라 L1(Layer 1)/L2(Layer 2)/L3(Layer 3) 중계기로 구분될 수 있다. 현재 3GPP에서의 무선 중계기는 디코딩-포워딩 방식의 L3 중계기를 기반으로 한다.
L1 계층은 PHY 기능을 포함하고, L2 계층은 MAC 및 RLC 기능을 포함하고, L3 계층은 RRC 및 PDCP 기능을 포함한다.
여기서, 본 발명이 적용될 수 있는 이동통신 시스템이 LTE 시스템인 경우를 예로 들자면, PHY 계층은 코딩/디코딩, 변조/복조, 다중안테나 매핑 및 기타 다른 일반적인 물리계층 기능을 담당한다. 물리계층은 전송채널(transport channel)의 형태로 MAC 계층에 대해 서비스를 제공한다.
MAC 계층은 HARQ 재전송 및 상향링크와 하향링크 스케쥴링을 다룬다. 스케쥴링 기능은 기지국에 위치하며, 기지국에는 상향링크와 하향링크를 위하여 셀 당 하나의 MAC 엔티티가 있다. HARQ 프로토콜 부분은 MAC 프로토콜의 송신단 및 수신단 양쪽에 모두 존재한다. MAC은 논리채널(logical channel)의 형태로 RLC에 서비스를 제공한다.
RLC(Radio Link Control)는 분할/연접(segmentation/concatenation), 재전송 관리 및 데이터를 상위 계층으로 순서에 맞춰 전송하는 역할을 맡고 있다. LTE 무선접속망 구조에서는 RLC 프로토콜도 기지국에 위치한다. RLC는 무선베어러(radio bearer)의 형태로 PDCP에 대하여 서비스를 제공한다. 단말에 구성된 무선베어러 별로 하나의 RLC 엔티티가 있다.
PDCP(Packet Data Convergence Protocol)는 무선 인터페이스상으로 전송되는 비트 수를 줄이기 위해 IP 헤더 압축을 수행한다. PDCP는 또한 전송 데이터에 대한 암호화 및 순결성 보호를 책임진다. 수신단에서의 PDCP 프로토콜은 이에 대응되는 암호 해독 및 압축을 푸는 과정이 수행된다. 단말에 구성된 SAE 베어러 별로 하나의 PDCP 엔티티가 있다.
RRC(Radio Resource Control) 계층은 RRC 시그널링을 이용해 기지국과 단말 사이에서의 무선 베어러 설정 및 모든 하위 계층 구성을 책임지는, 액세스 망의 핵심적 역할을 수행한다.
L3 중계기의 경우 독자적인 단말 접속 및 자원할당 기능이 가능하고, 기지국이 사용하는 자원을 간섭의 영향이 최소화되는 범위에서 중계기에 접속해 있는 단말에게 재할당(재사용)함으로써, 시스템 전체의 자원 사용 효율성을 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.
디코딩-포워딩 방식은 링크 신뢰도가 우수하지만 복잡도가 크고 프레임 지연이 증가하는 단점이 있다.
기지국에서 단말까지 이러한 중계기들을 여러 개 거치는 다중 홉 무선 중계 시스템에서는 각 중계기가 사용하는 기법에 따라 장/단점이 더욱 극명하게 나타난다.
도 4는 다중 홉 이동통신 시스템에서 증폭-포워딩 중계 방식을 사용하는 경우의 신호 흐름도이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 증폭-포워딩 다중 홉 중계 방식을 사용하는 경우, 각 중계 장치에서 소요되는 지연 시간이 짧고, 결과적으로 기지국으로부터 단말까지의 전송 지연이 상대적으로 짧다는 장점을 가진다.
반면, 기지국에서 단말까지의 긴 전송 경로를 따라 신호가 전달되고 노이즈 또한 함께 증폭되므로 오류 가능성이 높아지고, 오류 발생시 재전송이 기지국에서 다시 시작되어야 하므로 오류 발생이 성능에 미치는 영향이 크다는 단점이 있다.
기지국 측면에서 보자면, 중앙집중식 자원 관리 및 오류로 인한 재전송 제어로 기지국의 복잡도 및 부하가 증가한다. 단말 측면에서 보면, 기지국과의 사이의 상대적으로 긴 경로상의 전송으로 인한 오류 가능성이 증가하고, 오류 발생시에는 긴 재전송 구간으로 인한 성능 감소가 발생한다는 문제점이 있다. 이러한 성능 감소는 기지국 측에서도 마찬가지로 발생한다.
도 5는 다중 홉 이동통신 시스템에서 디코딩-포워딩 중계 방식을 사용하는 경우의 신호 흐름도이다.
도 5에 도시된 디코딩-포워딩 다중 홉 중계 방식의 경우, 각 중계기마다 신호를 복원하고 다시 재전송하여 기지국에서 단말까지의 오류 가능성이 감소한다. 즉, 각 각 중계기에서 수신한 신호는 L1, L2, L3 계층을 거쳐 처리되고, 다시 송신에 필요한 처리를 거쳐 다음 목적지로 전송된다.
이와 같은 처리 절차를 거치기 때문에, 각 중계 구간에서 오류가 발생하더라도 해당 구간에서만 신호가 재전송된다. 따라서, 오류 발생이 전체 성능에 미치는 영향이 작다는 장점이 있으며, 특히 매 구간 자원이 간섭의 영향이 최소화 되는 범위에서 재사용될수 있으므로 자원 효율성을 높힐 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 데이터가 매번 상위계층까지 복원되었다가 중계되므로 중계에 따른 전송 지연이 크다는 단점이 있다.
즉, 디코딩-포워딩 방식의 경우, 신호 복구 및 전송으로 인한 오류율이 감소하고 짧은 재전송 구간에 따른 부담이 감소한다는 장점이 있으나, 기지국에서 단말까지의 긴 전송 지연 시간으로 인한 단점 또한 존재한다.
도 4 및 도 5를 통해 살펴본 바와 같이 다중홉 무선 중계 시스템의 경우, 각 중계기는 기지국으로의 전송 경로 상에 있기 때문에 증폭-포워딩 방식과 같이 최소 지연을 가진 고속의 데이터 중계 기능을 제공하는 것이 성능을 높이는 가장 중요한 요소가 되지만, 디코딩-포워딩 방식과 같이 각 단말을 위해 최적의 자원을 할당/재사용하여 자원 효율성을 높이고 기지국의 부하를 줄이는 것도 셀 전체의 성능을 향상시키는 중요한 요소가 된다.
본 발명은 이상과 같은 증폭-포워딩과 디코딩-포워딩 중계방식의 장/단점을 고려하여, 증폭-포워딩 중계 방식의 장점인 최소 중계 지연 시간의 장점을 가지면서도, 디코딩-포워딩 중계 방식의 장점인 자원 효율성을 증가시키고 오류가 성능에 미치는 영향을 감소시키기 위한 중계 방법을 제시한다.
본 발명에 따른 중계 방식은 증폭-포워딩 및 디코딩-포워딩 방식을 모두 지원하는 다중 모드 중계기 사용을 가정한다.
본 발명에 따른 중계기는 자체적 또는 OAM 등과 같은 외부 제어를 통해 증폭-포워딩 또는 디코딩-포워딩 모드로 전환할 수 있다.
본 발명에 따른 중계기는 증폭-포워딩 또는 디코딩-포워딩으로의 중계 모드 전환뿐 아니라, 각 중계기는 자신의 서비스 영역에 접근한 단말이 수신할 수 있도록 고유의 식별자 정보를 방송한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 중계 방법은, 초기에 각 중계 기지국은 최소 지연을 가진 신속한 데이터 전달을 위해 증폭-포워딩 방식으로 운영되는 것을 기본으로 한다. 이후, 임의의 단말이 이동하여 중계기를 통해 접속하게 되면, 기지국이 사용하는 자원을 재사용하여 해당 단말에 최적의 자원을 자체적으로 할당할 수 있도록 해당 중계기를 디코딩-포워딩 방식으로 전환한다.
이후 단말의 이동에 따라 더 이상 중계기에 접속한 단말이 없는 경우, 다시 중계기는 증폭-포워딩 방식으로 전환되어 고속의 데이터 전송이 필요한 무선 백홀 중계 기능을 충실히 수행하도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 중계 방법의 상세 내용은 다음과 같다.
본 발명에 따른 중계기는 셀 내에서 기지국에 무선으로 연결된다.
도 6은 본 발명의 중계 방법에 따라 동작하는 중계기의 초기 동작 흐름도이다.
도 6에서와 같이 초기에 모든 중계기는 최소 지연을 가진 신속한 데이터 전달 기능을 제공하기 위해 증폭-포워딩 방식으로 동작한다. 또한 모든 중계기는 자신의 서비스 영역에 접근한 단말이 수신할 수 있도록 고유의 식별자 정보를 방송한다.
예를 들어, 도 6에서와 같이 중계기 1(200-1)은 자신의 식별자인"A"를 브로드캐스팅하고(S601), 중계기 2(200-2)는 자신의 식별자 "B"를(S602), 중계기 3(200-3)은 자신의 식별자 "C"를 브로드캐스팅한다(S603).
도 7은 본 발명의 중계 방법에 따라 동작하는 중계기의 모드 전환 동작 흐름의 일 실시예를 나타낸다.
임의의 중계기(도 7에서는 중계기 3(200-3)) 영역에 단말(300)이 진입하면, 단말(300)은 중계기가 방송하는 식별자 정보를 수신할 수 있다(S700). 단말(300)은 수신한 중계기의 식별자 정보(도 7에서는 "C")를 망에 접속하기 위한 신호 메시지에 첨부하여 기지국으로 전송한다(S710). 여기서, 단말이 망에 접속하기 위한 신호 메시지의 바람직한 일 실시예로는 랜덤 액세스 메시지를 들 수 있다.
단말(100)로부터 망 접속을 위한 신호 메시지를 수신한 기지국(100)은 중계기 식별자 정보를 기반으로 단말이 접속하는 중계기(중계기-3; 200-3)를 감지하고(S720), 해당 중계기가 단말의 접속을 허용하고 독자적으로 자원을 할당할 수 있도록 모드 전환 요청 메시지를 전달한다(S730). 모드 전환 요청 메시지는 기지국으로부터 직접 전달될 수도 있고, OAM(Operation and Management) 등의 기능이 활용될 수도 있다. 이때, 모드 전환 요청 메시지는 단말이 기지국으로 전송했던 랜덤 액세스 신호에 대한 정보를 포함한다.
기지국으로부터 모드 전환 메시지를 수신한 중계기(도 7에서는 중계기 3(200-3))는 디코딩-포워딩 방식으로 모드를 전환하고(S740), 단말의 접속을 위한 랜덤 액세스 정보를 단말(300)로 전송한다(S750). 이후, 단말(300)이 망에 접속하기 위한 접속(Attach) 절차가 수행된다(S760).
도 8은 본 발명의 중계 방법에 따라 동작하는 중계기의 모드 전환 동작 흐름의 다른 실시예를 나타낸다.
도 8은 이미 디코딩-포워딩 모드로 동작하는 중계기(중계기-3; 200-3)에 추가로 접속하는 단말(단말 2; 300')이 있는 경우의 중계기와 단말의 동작을 나타내고 있다.
예를 들어, 도 8의 경우 이미 디코딩-포워딩 방식으로 전환되어(S740) 동작 하는 중계기 3은 별도의 모드 전환 없이 디코딩-포워딩 방식을 통해 중계 기능을 제공한다.
상세히 설명하면, 중계기 3(200-3)의 영역에 단말 2(300')가 진입하면, 단말 2(300')은 중계기 3이 방송하는 식별자 정보를 수신하게 된다(S710). 단말(300')은 수신한 중계기의 식별자 정보(도 8에서는 "C")를 망에 접속하기 위한 신호 메시지에 첨부하여 기지국으로 전송한다(S820). 여기서도 마찬가지로, 망에 접속하기 위한 신호 메시지의 바람직한 실시예로는 랜덤 액세스 메시지를 들 수 있다.
도 8에서 단말이 전송하는 랜덤 액세스 메시지를 수신하는 것은 별도의 셀을 형성하는 중계기 3(200-3)이며, 중계기 3(200-3)은 단말의 랜덤 액세스에 대한 응답으로 랜덤 액세스 응답 메시지를 단말 2(300')로 전송한다(S830). 이후, 단말이 망에 접속하기 위한 어태치(Attach) 절차가 중계기 3(200-3)과 단말 2(300')간, 그리고 중계기 3(200-3)과 도너 기지국(100) 간에 수행된다(S840).
도 9는 본 발명의 중계 방법에 따라 동작하는 중계기의 모드 전환 동작 흐름의 다른 실시예를 나타낸다.
앞서 설명한 도 8에서와 같은 상태, 즉 중계기가 디코딩-포워딩 방식으로 동작하던 상태에서 해당 중계기를 통해 접속되어 있는 모든 단말이 접속해제(Detach)되거나 다른 영역으로 이동하는 상황이 발생할 수 있다. 즉, 이와 같이 해당 중계기에 접속해 있는 단말이 없어지게 되는 경우, 해당 중계기는 다른 중계기들을 위한 무선 백홀의 기능을 충실히 제공하기 위해 다시 증폭-포워딩 방식으로 전환한다.
도 9를 살펴보면, 셀 기능을 수행하던 중계기 3(200-3)에 접속해 있던 최후의 단말(300)이 접속 해제 절차를 수행하는 경우(S910), 중계기 3은 자신의 동작 모드가 변경 되었음을 중계기 3으로 통지하고(S920), 동작 모드를 증폭-포워딩 방식으로 전환한다(S930). 단계 920 및 단계 930은 편의상 순차적으로 도시하였으나, 그 순서가 뒤바뀔 수도 있고 동시에 수행될 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계기의 블록 구성도이다.
본 발명에 따른 중계기(200)는 송신부(2100), 제어부(2200), 수신부(2300) 를 포함하여 구성될 수 있다.
수신부(2300)는 기지국 및 단말이 전송하는 신호를 수신하고 중계기의 동작 모드에 따라 수신 처리한다.
송신부(2100)는 기지국 및 단말로 전송할 신호를 중계기의 동작 모드에 따라 송신 처리를 수행한다.
제어부(2200)는, 초기 셋업시 상기 수신부가 수신하는 신호를 증폭하여 포워딩하는 증폭-포워딩 모드로 동작하도록 수신부 및 송신부를 제어한다. 제어부는 또한, 중계기의 식별자 정보를 브로드캐스팅하도록 송신부를 제어하며, 기지국으로부터 모드 전환 메시지를 수신하는 경우 동작 모드를 디코딩-포워딩 모드로 변경하고, 변경된 모드에 따라 동작하도록 수신부 및 송신부를 제어한다.
한편, 제어부(2200)는 중계기에 접속(attach)하고 있던 마지막 단말이 접속해제된 경우 동작 모드를 증폭-포워딩 모드로 변경한다.
제어부(2200)가 접속 단말들에게 자원 할당을 수행할 때에는 기지국이 사용하는 자원을 재사용하여 자원 할당을 수행한다. 여기서, 재사용시 기지국이 사용하는 자원과의 중복 범위는 최소화한다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 기존 이동통신 시스템에서의 무선 중계기가 단일한 중계 방식만을 제공하는 것과는 달리, 증폭-포워딩과 디코딩-포워딩 등 다중 중계 방식을 모두 지원할 수 있는 중계기를 사용한 중계 방식을 제공한다.
본 발명은 각 중계기의 중계 방식이 사전에 설정되는 것이 아니라, 단말의 접속 여부에 따라 증폭-포워딩과 디코딩-포워딩 방식 간에 모드를 동적으로 변환함으로써, 단말이 접속하지 않은 중계기는 다른 중계기들을 위해 증폭-포워딩 방식으로 최소 지연의 고속 중계 기능을 제공한다.
또한, 단말이 접속할 경우 디코딩-포워딩 방식으로 전환하여 해당 단말의 접속을 직접 처리하고 단말을 위한 최적의 자원을 직접 할당하며 기지국이 사용하는 자원을 다시 재사용함으로 인해 셀 전체의 자원 효율성을 높이는 효과를 갖는 중계 방법을 제안하는 데 그 의의가 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: eNB(기지국)
200, 200-1, 200-2, 200-3, 210-1, 210-2, 210-3, 210-4, 220-1, 220-2, 220-3, 220-4: 중계기
300, 300': 단말
2100: 송신부
2200: 제어부
2300: 수신부

Claims (14)

  1. 기지국과 단말 사이에서 신호를 중계하는 중계기의 중계 방법에 있어서,
    셋업시 수신 신호를 증폭하여 포워딩하는 증폭-포워딩 모드로 동작하는 단계;
    상기 중계기의 식별자 정보를 브로드캐스팅하는 단계; 및
    기지국으로부터 모드 전환 메시지를 수신하는 경우 동작 모드를 디코딩-포워딩 모드로 변경하는 단계를 포함하는, 무선 중계 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    디코딩-포워딩 모드 상태에서 적어도 하나의 단말로부터 랜덤 액세스 메시지를 수신하는 경우, 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하여 상기 단말로 전송하는 단계를 더 포함하는, 무선 중계 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모드 전환 메시지는 단말이 기지국으로 전송한 랜덤 액세스 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 중계 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 메시지는 상기 중계기의 식별자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 중계 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 중계기에 접속(attach)하고 있던 마지막 단말이 접속해제된 경우 상기 중계기의 동작 모드를 증폭-포워딩 모드로 변경하는 단계를 더 포함하는, 무선 중계 방법.
  6. 적어도 하나의 중계기와 통신하는 기지국에서 중계기의 모드를 제어하는 방법에 있어서,
    단말로부터, 중계기의 식별자를 포함하는 랜덤 액세스 신호를 수신하는 단계;
    상기 중계기의 식별자를 통해 해당 중계기를 식별하는 단계; 및
    상기 식별된 중계기로 모드 전환 요청을 전송하는 단계를 포함하는, 중계 모드 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 중계기로부터 단말과의 접속이 모두 해제되었다는 보고를 수신하는 단계; 및
    상기 중계기로 모드 변경 통지를 전송하는 단계를 더 포함하는 중계 모드 제어 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 모드 전환 메시지는 랜덤 액세스 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 중계 모드 제어 방법.
  9. 기지국 및 단말 사이에서 데이터를 무선 중계하는 중계 장치에 있어서,
    상기 기지국 및 단말이 전송하는 신호를 수신하고 동작 모드에 따라 수신 처리하는 수신부;
    상기 기지국 및 단말로 전송할 신호를 동작 모드에 따라 송신 처리하는 송신부; 및
    셋업시 상기 수신부가 수신한 신호를 증폭하여 포워딩하는 증폭-포워딩 모드로 동작하고, 중계기의 식별자 정보를 브로드캐스팅하며, 기지국으로부터 모드 전환 메시지를 수신하는 경우 동작 모드를 디코딩-포워딩 모드로 변경하고, 변경된 모드에 따라 동작하도록, 상기 수신부 및 송신부를 제어하는 제어부를 포함하는, 무선 중계 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는,
    디코딩-포워딩 모드 상태에서 적어도 하나의 단말로부터 랜덤 액세스 메시지를 수신하는 경우, 랜덤 액세스 응답 메시지를 구성하여 상기 송신부로 전달하는, 무선 중계 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 모드 전환 메시지는 단말이 기지국으로 전송한 랜덤 액세스 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 중계 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 중계기에 접속(attach)하고 있던 마지막 단말이 접속해제된 경우 동작 모드를 증폭-포워딩 모드로 변경하는 것을 특징으로 하는, 무선 중계 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 랜덤 액세스 메시지는 상기 중계기의 식별자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 중계 장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기지국이 사용하는 자원을 재사용하여 적어도 하나의 접속 단말에게 자원 할당을 수행하는 것을 특징으로 하는, 무선 중계 장치.
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