KR20140060213A - 이동체에서의 릴레이 시스템 - Google Patents

Abstract

이동체의 특성에 맞는 릴레이 시스템이 개시된다. 이 릴레이 시스템은, Un 링크(백홀 링크)를 통해 기지국과 통신하여 백홀 데이터(backhaul data)를 처리하는 Un 처리부와, Uu 링크(액세스 링크)를 통해 단말과 통신하여 액세스 데이터(access data)를 처리하는 Uu 처리부를 포함하되, Un 처리부 및 Uu 처리부를 물리적으로 분리하여 물리채널의 유선링크(wired link)로 연결한다.

Description

이동체에서의 릴레이 시스템{RELAY SYSTEM IN MOBILE VEHICLE}

본 발명은 릴레이 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기존 릴레이(relay)에서 요구되던 타이밍 동기 및 RF(Radio Frequency) 스위칭을 위한 동기를 고려하지 않고도 이동체의 특성에 맞게 릴레이를 구현하는 것이다.

"본 연구는 방송통신위원회의 차세대통신네트워크원천기술개발사업의 연구결과로 수행되었음"(KCA-2011-10913-04002)

3GPP LTE(Long Term Evolution)-Advanced(4세대 이동통신) 시스템에서는 보다 높은 전송률을 지원하고 서비스 가능한 영역(coverage)을 확장하기 위해 기지국과 단말 간의 직접적인 통신 방식뿐만이 아니라 릴레이(RN: Relay Node) 시스템을 이용한 신호 전달 방식이 연구되고 있다. 이 기술은 릴레이를 통해 기지국(eNB: e-UTRAN NodeB)과 단말(UE: User Equipment) 사이의 경로에서 신호를 중계함으로써 경로손실을 줄여 고속 데이터 통신을 가능케 하며, 기지국으로부터 멀리 떨어진 이동 단말로도 신호를 전달함으로써 서비스 영역을 확장할 수 있다.

LTE-Advanced 이동통신 시스템의 릴레이는 셀 내의 음영 지역 해소를 목적으로 사용되며, 셀 경계 지역에 설치되어 효과적인 셀 커버리지 확장과 Throughput을 향상시킬 목적으로 사용된다. 또한 릴레이는 이동통신망의 무선접속구간에서 송수신 신호를 효과적으로 전송함으로써, 셀 경계(cell edge)에서의 성능 저하 및 음영지역 발생 문제를 해소할 수 있다. 즉 릴레이는 기지국(릴레이와 연결된 기지국인 DeNB(Donor eNB))과 단말 사이에서 기지국의 신호를 단말로 중계하고, 단말의 신호를 기지국으로 중계하기 위해서 사용하는 장비이다. 기지국과 릴레이 사이를 무선 형태의 백홀(backhaul)로 구현함으로써 릴레이의 이동 및 설치가 용이하고 셀 경계에서 Throughput 향상과 셀 커버리지를 확장시킬 수 있다. 기지국과 릴레이 간 백홀 데이터 전송을 위해 사용되는 링크(backhaul link)를 "Un 링크"라고 하며, 릴레이와 단말 간의 데이터 전송을 위한 링크(access link)를 "Uu 링크"라 한다.

릴레이는 Un 링크를 통해 백홀 데이터(backhaul data)를 수신하여 demodulation 및 decoding 한 후, 이를 다시 encoding 및 modulation하여 Uu 링크를 통해 단말에게 전송한다. 이때 Un 링크와 Uu 링크는 하향링크(DL: Down Link)에 할당된 동일한 주파수를 사용한다. 이와 같이 동일 주파수 상에서의 데이터 전송을 구현하기 위해서 Un 링크를 통해 기지국으로부터 백홀 데이터를 수신하는 구간에는 Un 링크의 하향링크 수신 RF를 인에이블(enable)시킴과 동시에 단말로 신호를 전송하는 RF, 즉 Uu 링크로 송신하는 RF는 디스에이블(disable)시키게 된다. 또한, 이와 같은 맥락으로, 단말에게 신호를 전송하는 구간에서는 Uu 링크에 연결되어 있는 RF를 인에이블시켜 단말에게 하향링크 신호를 전송하게 되지만 Un 링크를 수신하는 RF는 디스에이블시키게 된다.

또한, 릴레이는 Uu 링크를 통해 단말의 신호를 수신하여 demodulation 및 decoding 한 후, 이를 다시 encoding 및 modulation하여 다시 Un 링크를 이용하여 기지국에게 전송한다. 이때 Un 링크와 Uu 링크는 상향링크(UL: Up Link)에 할당된 동일한 주파수를 사용한다. 이와 같이 동일 주파수에서 데이터 전송 기능을 구현하기 위해서 Un 링크를 통해 기지국에 백홀 데이터를 송신하는 구간에서는 상향링크 송신 RF를 인에이블(enable)시키면서 동시에 단말과 연결되어 있는 RF, 즉 Uu 링크로 수신하는 RF는 디스에이블(disable)시키게 된다. 또한, 이와 같은 맥락으로, 단말로부터 상향링크를 수신하는 구간에서는 Uu 링크의 수신용 RF를 인에이블시키나 Un 링크의 UL 송신용 RF는 디스에이블시키게 된다.

릴레이는 자기간섭(SI: Self-Interference)을 회피하기 위하여 송수신 구간을 시간상으로 분리하여 사용하는 시분할 방식을 고려하고 있다. SI는 릴레이의 송수신 주파수가 같은 대역(band)을 사용하는 경우에 발생한다. 즉 SI란, 릴레이의 송신 안테나와 수신 안테나에서 동일 시간에 동일한 대역으로 신호를 송수신할 경우에 송신 안테나의 신호에 의해 수신 안테나에 발생하는 간섭을 의미한다. 구체적으로, SI는 릴레이와 단말 간의 사용 주파수대역과 기지국과 릴레이 간의 사용 주파수대역이 같은 경우(inband 방식), 릴레이의 송신 안테나를 통해 단말에 전송한 신호가 자신의 수신 안테나로 수신되어 기지국으로부터 신호를 수신하는데 있어 간섭을 발생시키는 현상을 의미한다. 이러한 SI는 하향링크 구간뿐만 아니라 상향링크 구간에서도 나타난다.

같은 주파수대역을 사용하고 송수신 구간을 시간상으로 분리하여 적용하는 방식을 "inband half-duplex 방식"이라 한다. inband half-duplex 릴레이는 하향링크(/상향링크)시 기지국(/단말)으로부터 미리 약속된 시간과 주파수에서 신호를 전송받는다. 수신한 신호를 디지털 신호 처리 과정을 통해서 오류 정정 과정을 수행한 후 다시 전송 구조에 맞게 변조하여 단말(/기지국)로 재전송을 수행한다. 이때 기지국(/단말)으로부터 데이터를 수신하는 시간에 릴레이는 단말(/기지국)로의 데이터 전송을 하지 않는다. 이와 같이 송수신 구간을 시간상에서 분리하여 SI의 발생을 회피한다.

릴레이는 SI 현상을 해결하기 위해 half-duplex 방식으로 동작하기 때문에 동시에 송수신이 불가능하다. 즉 릴레이가 백홀 링크(backhaul link)를 통해 기지국으로부터 신호를 전송받는 시간(구간) 동안에, 릴레이는 액세스 링크(access link)를 통해 PDCCH(Physical Downlink Control Channel)를 포함하여 어떠한 신호도 단말로 전송할 수 없다. 릴레이는 TG(Transmission Gap)로 정의된 시간 동안만 기지국에서 데이터를 수신 가능하다. 3GPP에서는 이 TG를 MBSFN(Multimedia Broadcast Single Frequency Network) 서브프레임으로 정의한다.

릴레이는 TG로 정의된 MBSFN 서브프레임으로 지정된 시간(동안)에만 기지국으로부터 신호를 수신하고, 이 시간 동안에는 PDCCH를 포함하여 어떠한 신호도 단말에게 전송하지 않는다. 다만 릴레이는 MBSFN 서브프레임으로 지정된 서브프레임의 소정의 OFDM 심볼(예컨대, 0, 1 심볼)을 사용하여 릴레이에 속해 있는 단말들에게 PDCCH를 전송한다. 릴레이는 0, 1번째 심볼 구간 동안에 기지국 신호를 수신할 수 없다. 0, 1번째 심볼에는 normal CP(Cyclic Prefix) 또는 extended CP를 사용할 수 있다. 릴레이는 0, 1번째 심볼을 통해 PDCCH를 송신한 후에, 동일한 주파수를 통해 기지국으로부터 수신되는 백홀 데이터(backhaul data)를 수신하는데, 이때 송신 모드에서 수신 모드로 전환하기 위한 TT(Transition Time)가 필요하고, 릴레이 서브프레임의 데이터 시작점과 기지국으로부터 수신된 백홀 데이터의 시작점을 동기화시킨다. 또한 백홀 데이터의 수신이 모두 완료되면 수신 모드에서 송신 모드로 전환하기 위한 TT가 필요하다.

릴레이가 위와 같이 동작하기 위해서는, 하나의 RF(동일한 주파수)를 가지고 Un 링크(백홀 링크)의 DL Rx를 위한 수신용 RF 장치와 Uu 링크(액세스 링크)의 DL Tx를 처리하기 위한 송신용 RF 장치를 모두 구비해야 한다. 이 경우 RF는 Rx↔Tx간의 모드 변경(mode change)을 해야 하므로 최소한의 스위칭 시간(switching time)이 요구된다. 따라서 Un 링크에서의 DL Rx와 Uu 링크로의 DL Tx간의 타이밍(timing)이 도 1과 같이 정확히 정렬(align)되어 있어야만 하며, 정확한 시점에 Un 링크에서의 DL Rx와 Uu 링크로의 DL Tx간의 모드 변경이 실행되도록 정교하게 제어할 수 있어야만 한다.

도 1에서는 타이밍 정렬(timing align)이 정확히 이루어져 있으며, 또한 정확한 시점에 RF의 Tx/Rx시의 스위칭이 정교하게 제어되어, A, B, C, D 지점(point) 처럼 스위칭에 필요한 시간 이득(time margine)을 확보함과 동시에 Tx/Rx가 정확히 수행되어 정확하게 릴레이가 동작할 수 있다. 즉, Un 링크의 DL Rx와 Un 링크의 DL Tx, 그리고 Un 링크의 UL Tx와 Uu 링크의 UL Rx가 정확히 분리되어 동작하도록 RF 스위칭이 동작해야만 최상의 성능을 얻을 수 있다.

통상 릴레이는 기저대역(baseband) 신호 처리를 위한 Un 모듈 및 Uu 모듈과 더불어, 이 기저대역 신호를 RF 신호로 변환시켜주는 RF 모듈로 통합 구성된다.

기존 Relay에서 Un 링크와 Uu 링크 간의 타이밍 및 RF 스위칭 타이밍이 정확히 동기화가 이루어져야만 하는 이유는, Un 링크와 Uu 링크 간에 무선으로 전송되는 신호가 서로에게 방해를 줄 수 있기 때문이다. 이는 각각의 링크로 전송되는 커버리지가 서로 겹치기도 하지만, RF 모듈 내부에서도 Un 링크와 Uu 링크 간의 아이솔레이션(isolation)이 충분치 않을 경우 서로 방해를 주어 Relay의 성능을 크게 떨어뜨리기 때문이다.

무선으로 전송되는 신호가 서로에게 방해를 주게 되는 것은 일반적인 무선 환경에서는 피할 수 없는 하나의 사실임이 분명하다. 그러나, 이동형 차량과 같은 이동체 환경에서는 RF 커버리지(coverage) 관점에서 볼 때 차량의 내외부가 완벽히 분리가 가능하다. 이렇게 RF coverage적으로 분리가 가능함으로써, 차량 내부를 커버하는 모듈과 외부를 커버하는 모듈 또한 분리해서 구현이 가능하므로 모듈 내부에서 서로 방해를 주는 문제도 해결할 수 있다.

따라서, 이동체 환경의 특수성을 감안할 때, Un 링크와 Uu 링크를 물리적으로 분리하여 운영함으로써 Un 링크와 Uu 링크 간에 신호처리시 서로에게 방해받지 않도록 구성하여, 기존의 Relay에서 요구되는 정확한 타이밍 및 RF 스위칭을 위한 Un 링크와 Uu 링크 간의 동기화 과정이 원척적으로 필요 없도록 할 수 있는 방안이 절실히 요구된다.

한국공개특허공보 제2010-0102513(2010.09.24 공개)

본 발명의 목적은 기존 릴레이(relay)에서 요구되던 Un 링크와 Uu 링크의 타이밍 동기 및 RF(Radio Frequency) 스위칭을 위한 동기를 고려하지 않고도, 이동체의 특성에 맞는 릴레이 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 이동체의 특성에 맞는 릴레이 시스템이 개시된다. 이 릴레이 시스템은, Un 링크(백홀 링크)를 통해 기지국과 통신하여 백홀 데이터(backhaul data)를 처리하는 Un 처리부와, Uu 링크(액세스 링크)를 통해 단말과 통신하여 액세스 데이터(access data)를 처리하는 Uu 처리부를 포함하되, Un 처리부 및 Uu 처리부를 물리적으로 분리하여 물리채널의 유선링크(wired link)로 연결한다.

본 발명에 의하면, 이동체에서의 릴레이 시스템에서 Un 링크와 Uu 링크를 물리적으로 분리하여 운용함으로써 기존의 릴레이에서 요구되던 타이밍 동기 및 RF 스위칭을 위한 동기를 고려하지 않고도 이동체의 특성에 맞는 릴레이를 구현할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 신호의 타이밍 정렬이 정확하게 이루어진 결과를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 릴레이 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명이 실시될 수 있는 이동체에서의 릴레이 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 릴레이 시스템의 구성을 상세하게 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 UE가 Uu 링크로 UL 데이터를 전송하는 과정을 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명이 실시될 수 있는 예시적인 릴레이 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 릴레이 시스템은 기지국(DeNB)(10), 릴레이(RN)(20), 단말(UE)(30)로 구성되고, 기지국(10)과 릴레이(20) 간에는 무선 백홀 인터페이스(Un 인터페이스)를 통해 신호를 송수신하며, 릴레이(20)와 릴레이 셀 내 단말(30) 간에는 액세스 인터페이스(Uu 인터페이스)를 통해 신호를 송수신한다.

기지국(10)은 해당 기지국(10)이 네트워크 접속 서비스를 제공하는 커버리지 영역(coverage region) 또는 셀 내의 릴레이(20) 및 단말(30)에 대해 무선 링크를 통한 통신 서비스를 제공할 수 있다.

릴레이(20)는 중계기(repeater)를 대체하는 구성이 가능하며, 기지국(10)과 릴레이(20) 간 링크(backhaul link)에 사용되는 주파수밴드A가 릴레이(20)와 단말(30) 간 링크(access link)에 사용되는 주파수밴드B와 동일한 대역(inband)을 사용할 수 있다. 즉 릴레이(20)는 주파수밴드A와 주파수밴드B가 같고 송수신 구간을 시간상으로 분리하여 적용하는 inband half-duplex relay일 수 있다. 또한 릴레이(20)는 주파수밴드A와 주파수밴드B가 다른 아웃밴드(outband) 릴레이일 수 있다.

릴레이(20)는 기지국(10)과 통신하기 위한 도너 안테나(donor antenna)와 단말(30)과 통신하기 위한 서비스 안테나(service antenna)를 구비하며, 이를 통해 기지국(10)과 단말(30) 간에 통신 중재 역할을 수행한다. 릴레이(20)는 백홀 링크(backhaul link)에 있어 유선이 아닌 무선 백홀을 이용하므로 새로운 기지국의 추가나 유선 백홀의 설치가 필요없는 장점이 있다.

릴레이(20)는 하향링크(downlink)(/상향링크(uplink))시 기지국(10)(/단말(30))으로부터 미리 약속된 시간과 주파수에서 신호를 전송받아, 수신한 신호에서 DL/UL SI 성분을 제거한 후 다시 전송 구조에 맞게 변조하여 단말(30)(/기지국(10))로 재전송을 수행한다.

릴레이(20)는 무선 백홀(wireless backhaul)을 통해 기지국(10) 커버리지 내의 임의의 장소에 위치하여 단말(UE)에 대해서는 기지국(DeNB)처럼 인식되며, 반면에 기지국(10)에 대해서는 하나의 단말(UE) 처럼 인식되어, 기지국(10)과 단말(30a~30c) 사이에서 신호를 중계하여 통신 커버리지 영역을 확장시킬 수 있다.

일반적으로 기지국(10)은 위치가 고정되어 있으므로 이동통신망 구성에 있어서 유연성이 낮으며, 따라서 트래픽 분포나 통화 요구량 변화가 심한 무선 환경에서는 효율적인 통신 서비스를 제공하기 어렵다. 이와 같은 단점을 극복하기 위해, 릴레이 시스템은 한 지점에 고정적으로 위치하는 고정 릴레이(fixed RN)(20a,20c)나, 기차나 대형버스 등에 장착되어 이동성을 갖는 릴레이 시스템(mobile RN)(20b)를 사용하여 멀티홉 방식으로 이동통신망을 구성함으로써 릴레이 시스템의 통신 서비스 영역을 확장시키고 시스템 용량을 증대시킬 수 있다. 또한 릴레이(20)는 이벤트성의 가입자 폭주를 지원하기 위해 차량에 장착되는 Nomadic RN일 수 있다.

도시된 바와 같이, 기지국(10)은 기지국(10)의 통신 커버리지 영역에 포함되는 단말(30a,30b)에 대하여 직접 또는 릴레이(20a)를 통해 데이터를 전송하고, 기지국(10)의 통신 커버리지 영역 밖에 위치하여 직접 통신할 수 없는 단말(30c)에 대해서는 릴레이(20c)를 통해 데이터를 전송한다. 또한, 기지국(10)의 통신 커버리지 영역 밖에 위치하는 단말(30c)은 전송 파워의 제약으로 기지국(10)과 직접 통신을 할 수 없으므로 릴레이(20c)를 통해 데이터를 기지국(10)으로 전송한다.

단말(30a~30c)은 예를 들어 핸드폰, 이동통신 기능을 가지는 휴대용 컴퓨터, 이동통신 기능을 가지는 PDA 또는 다른 기기를 포함하는 임의의 유형의 휴대용 무선통신기기 또는 시스템을 포함할 수 있다. 비록 도 2에서는 하나의 기지국(10)이 세 개의 릴레이(20a~20c)와 세 개의 단말(30a~30c)만을 지원하는 것으로 도시하고 있지만, 기지국(10)은 더 많거나 더 적은 수의 릴레이 및 단말을 지원할 수 있음에 유의하여야 한다.

구체적으로 도시되지는 않았으나, 릴레이(20a~20c) 또는 단말(30a~30c)은 기지국(10)으로 상향링크 채널을 통해 신호를 전송하고, 기지국(10)은 릴레이(20a~20c) 또는 단말(30a~30c)로 하향링크 채널을 통해 신호를 전송한다. 특히 기지국(10)으로부터 릴레이(20a~20c)를 통하여 전송되는 정보를 포함하는 하향링크 채널의 서브프레임은 릴레이(20a~20c)를 위한 제어 정보의 전송을 위한 제어 채널(control channel) 및 데이터의 전송을 위한 데이터 채널(data channel)과, 단말(30a~30c)을 위한 제어 정보의 전송을 위한 제어 채널 및 데이터의 전송을 위한 데이터 채널을 포함하도록 구성된다. 릴레이(20a~20c) 및 단말(30a~30c)을 위한 각 제어 채널은 시간축 상에서 나머지 데이터 채널에 앞서 위치한다. 이는 릴레이(20a~20c) 및 단말(30a~30c)이 우선적으로 제어 채널을 수신하여 자신에게 전송되는 데이터 채널의 전송 여부를 인지함으로써 데이터 채널 수신 동작을 수행할 것인가를 판단하도록 하기 위함이다. 따라서, 각 릴레이(20a~20c) 및 단말(30a~30c)은 제어 채널로부터 자신에게 전송되는 데이터 채널이 없다고 판단할 경우 이후의 데이터 채널을 수신할 필요가 없으므로 데이터 채널의 수신에서 소모되는 전력을 아낄 수 있다.

전술한 바와 같이, 릴레이 시스템(20b)은 기지국(DeNB)(10)과 단말(UE)(30) 사이에서 기지국(10)의 신호를 단말(30)로 중계하고, 또한 단말(30)의 신호를 기지국(10)으로 중계하는 역할을 수행한다.

특히, 본 발명은 릴레이 시스템(20b)에서 Un 링크와 Uu 링크를 물리적으로 분리하여 Un 링크와 Uu 링크 간의 무선으로 전송되는 신호가 서로에게 방해를 주지 않도록 하며, RF 모듈 내부에서 발생할 수 있는 Un 링크와 Uu 링크 간의 신호처리가 서로에게 방해받지 않도록 구성하여 기존의 Relay에서 요구되는 정확한 타이밍 및 RF 스위칭을 위한 Un 링크와 Uu 링크 간의 동기화 과정이 원칙적으로 필요없도록 한다.

릴레이 시스템(20b)에서 Un 링크와 Uu 링크를 물리적으로 분리한다 함은, 다음의 내용을 구현하는 것을 의미한다.

Un 링크를 처리하는 블록(도 3 및 도 4의 Un 처리부(21))과 Uu 링크를 처리하는 블록(도 3 및 도 4의 Uu 처리부(22))을 물리적으로 분리하고, Un 링크와 Uu 링크는 타이밍과 RF 스위칭 타이밍에서 독립적으로 운용된다. 이 경우 기저대역(baseband) 신호를 처리하는 Un 인터페이스부(23)와 Uu 인터페이스부(24) 뿐만 아니라, 기저대역 신호를 RF 신호로 변환시켜주는 RF 모듈(Un RF 처리부(25), Uu RF 처리부(26))도 물리적으로 분리하여 상호 신호 간섭 요인을 제거한다. 또한, Un 링크와 Uu 링크의 신호를 전송하는 안테나(즉, 기지국(10)과 통신하기 위한 도너 안테나(donor antenna)와 단말(30)과 통신하기 위한 서비스 안테나(service antenna))로서 지향성 안테나를 각각 사용하여 무선상으로 전송되는 신호가 분리되어 서로 방해하지 않도록 한다. 또한, Un 처리부(21)와 Uu 처리부(22)는 Un 링크와 Uu 링크로의 데이터 전송을 위해 Ethernet, Optic 등과 같은 유선링크(wired link)로 연결된다.

위와 같은 Un 링크와 Uu 링크 간의 물리적 분리를 적용한 이동체에서의 릴레이 시스템(20) 구성을 도 3 및 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다. 도 4는 도 3에서 Un 링크와 Uu 링크 간의 물리적으로 분리된 릴레이 시스템(20)의 구성을 구체적으로 도시한 것이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 릴레이 시스템(20)의 Uu 처리부(22)의 안테나는 이동체 내부를 커버하며, Un 처리부(21)는 외부만을 향하도록 안테나를 배치한다. 이 경우 지향성 안테나를 사용하면 이동체의 특성인 내외부 간의 isolation 효과가 배가되어 Un 링크와 Uu 링크 간의 신호 간섭 현상을 차단할 수 있다. 즉, Un 처리부(21)의 안테나는 이동체 외부로 향하게 설치하며, 기지국(10)과의 통신을 담당한다. 또한, Uu 처리부(22)의 안테나는 이동체 내부로 향하게 설치하며, 단말(30)과의 통신을 담당한다.

도면에서 Uu 처리부(22)는 Uu의 RF 처리부(26) 뿐만 아니라 기저대역 신호를 처리하는 Uu 인터페이스부(24)를 포함하며, Un 처리부(21)도 Un의 RF 처리부(25) 뿐만 아니라 기저대역 신호를 처리하는 Un 인터페이스부(23)를 포함한다. Uu 인터페이스부(24)와 Un 인터페이스부(23)는 Uu 링크와 Un 링크로 송수신되는 데이터를 주고 받기 위해 Ethernet, Optic 등과 같은 유선링크(wired link)로 연결된다. 여기서, Un 링크는 기존 Relay의 Un 링크와 같이 DeNB(10)와의 통신을 담당하고, Uu 링크는 차량 내부의 AP(Access Point) 역할을 하여 내부에 있는 UE(30)에 대한 통신만을 담당한다.

이와 같이 기존 Relay와 다르게 Un 인터페이스부(23)와 Uu 인터페이스부(24)는 물론 Un RF 처리부(25)와 Uu RF 처리부(26)도 분리하며, Un 처리부(21)와 Uu 처리부(22)는 유선링크(예컨대, Ethernet, Optic 등의 물리채널)로 연결하며, Un 인터페이스부(23)와 Uu 인터페이스부(24)는 유선링크를 통해서 데이터를 송수신한다. 그러나, 전술한 바와 같이 Un 처리부(21)와 Uu 처리부(22)가 물리적으로 완전히 분리되어 독립적으로 운용되기 때문에, 타이밍 동기나 RF 스위칭 동기를 위한 별도의 연결은 필요치 않다.

구체적으로, Un 링크를 통해 기지국(10)과의 통신을 담당하는 Un 처리부(21)는 기지국(10)과 Un 링크를 통해 백홀 데이터(backhaul data)를 처리하는 Un 인터페이스부(23)와, Un 인터페이스부(23)의 기저대역(baseband) 신호를 무선주파수(RF) 신호로 변환시키는 Un RF 처리부(25)를 포함한다.

또한, Uu 링크를 통해 단말(30)과의 통신을 담당하는 Uu 처리부(22)는 단말(30)과 Uu 링크를 통해 액세스 데이터(access data)를 처리하는 Uu 인터페이스부(24)와, Uu 인터페이스부(24)의 기저대역(baseband) 신호를 무선주파수(RF) 신호로 변환시키는 Uu RF 처리부(26)를 포함한다.

상기에서, Un 인터페이스부(23)는 릴레이(20) 내부에서 담당하는 기능과 동작이 단말(30)에서 실행되는 기능 및 동작과 유사하며, Uu 인터페이스부(24)는 릴레이(20) 내부에서 담당하는 기능과 동작이 기지국(10)의 역할과 유사하다. 다만, Un 인터페이스부(23)는 기지국(10)으로부터 수신한 백홀 데이터를 복조(demodulation) 및 디코딩(decoding)한 후 Uu 인터페이스부(24)로 전달하며, Uu 인터페이스부(24)는 각 단말(30)로부터 수신한 신호들을 demodulation 및 decoding한 후 단말(30)의 액세스 데이터를 Un 인터페이스부(23)로 전달하는 역할을 담당한다. 또한, Un 인터페이스부(23)는 Uu 인터페이스부(24)로부터 전달받은 UL 디코딩 데이터를 다시 인코딩(encoding)과 변조(modulation) 과정을 거쳐 기지국(10)으로 전송하며, Uu 인터페이스부(24)는 Un 인터페이스부(23)로부터 전달받은 DL 디코딩 데이터를 다시 encoding과 modulation 과정을 거쳐 각 단말(30)에게 전송한다.

또한, Un 인터페이스부(23)는 Un RF 처리부(25)에만 연결되어 있으며, Uu 인터페이스부(24)는 Uu RF 처리부(26)에만 연결되어 있다. 즉, Un 인터페이스부(23)는 Un RF 처리부(25)만을 제어할 수 있으며 Un RF 처리부(25)와만 데이터 신호를 주고받을 수 있으며, Uu 인터페이스부(24)는 Uu RF 처리부(26)에 대해서만 제어 신호와 데이터 신호를 주고받을 수 있다. 이는 Un RF 처리부(25)와 Uu RF 처리부(26)를 물리적으로 분리시킴으로써 Un RF 처리부(25)와 Uu RF 처리부(26)의 분리도를 최대화하여 상호 간의 신호 간섭 요인을 제거한다.

위와 같이 물리적으로 Un 링크와 Uu 링크를 분리하여 구현하는 것은 기존의 Relay에서 사용하던 고정 서브프레임(subframe)에만 Un 링크와 Uu 링크가 번갈아 가며 서비스하던 방식을 더 이상 사용하지 않을 수 있게 하는 필요 조건이 되며, 본 발명에서는 다음과 같은 새로운 방식을 제시한다.

기존의 configured된 TTI(Transmission Time Interval)에서만 데이터를 주고 받던 방식을 사용하지 않는다. 즉, Un 링크는 기존의 configured된 TTI에서만 DeNB(10)와 데이터를 주고 받던 방식을 더 이상 사용하지 않고 UE(30)가 동작하듯이 dynamic하게 scheduling을 받아서 동작한다. 또한, Uu 링크의 경우도 기존의 configured된 TTI에서만 UE(30)와 데이터를 주고 받던 방식을 더 이상 사용하지 않고 기존의 eNB가 동작하듯이 dynamic하게 UE들(30)을 scheduling하여 동작시킨다.

Un 링크의 경우, 기존의 R-PDCCH(Relay node Physical Downlink Control Channel) 및 R-PDSCH(Relay node Physical Downlink Shared Channel)를 사용하지 않고 UE(30)와 동일하게 PDCCH와 PDSCH를 이용하여 DL 데이터를 전송한다. 또한, R-PUSCH(Relay node Physical Uplink Shared Channel) 및 R-PUCCH(Relay node Physical Uplink Control Channel)를 사용하지 않고 UE(30)와 동일하게 PUSCH와 PUCCH를 이용하여 UL 데이터를 전송한다.

DeNB(10)는 Relay도 다른 UE(30)와 마찬가지로 취급하여 scheduling한다. 다만, Relay에게 priority를 주기 위해 새로운 UE category를 스펙에 추가하여 Relay의 priority를 확보하고 최소한의 throughput을 보장받는다

참고적으로, 기지국(10)에서 단말(30)로 전송되는 하향링크(DL)의 물리계층 신호는 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel), PDCCH(Physical Downlink Control Channel), PCFICH(Physical Control Format Indicator Channel), PHICH(Physical Hybrid ARQ Indicator Channel) 등이 있는데, LTE DL 프레임 구조에서 DL 데이터의 전송은 PDSCH를 통해 이루어지고, DL 제어 정보 전송은 PDCCH, PCFICH, PHICH를 통해 이루어진다. 또한, 단말(30)에서 기지국(10)으로 전송되는 상향링크(UL)의 물리계층 신호는 PUSCH(Physical Uplink Shared Channel), PUCCH(Physical Uplink Control Channel), SRS(Sounding Reference Signal) 등이 있는데, LTE UL 프레임 구조에서 UL 데이터의 전송은 PUSCH를 통해 이루어지고, UL 제어 정보는 PUCCH를 통해 이루어진다.

PDCCH는 이후 수신될 데이터 채널의 할당에 관한 정보 혹은 전력 제어에 관한 정보 등을 송신하는 제어 채널이다. PDCCH를 위한 변조 방식으로는 통상적으로 QPSK가 사용되는데, UE의 채널 상태에 따라 채널 부호화율을 변경하는 경우 PDCCH를 위하여 사용되는 자원의 양이 변경될 수 있다. 따라서 채널 상태가 양호한 단말(30)에 대해서는 높은 채널 부호화율을 적용하여 사용되는 자원의 양을 감소시킬 수 있다. 반면에 채널 상태가 불량한 단말(30)에 대해서는 사용되는 자원의 양을 늘리더라도 낮은 채널 부호화율을 적용하여 수신 정확도를 높일 수 있다.

PDSCH는 단말(30)로 전달되는 데이터를 송신하는 데이터 채널이다.

PUCCH는 상향링크 제어신호를 전송하기 위한 물리계층의 채널로서, 이 채널을 통하여 상향링크 스케줄링 요청 정보(SR), 하향링크 데이터 전송에 따른 응답 정보(HARQ ACK/NACK) 및 채널품질정보(CQI/PMI/RI) 등이 전송된다.

PUSCH는 주로 UE의 데이터를 전송하기 위한 물리채널로서, 하나의 단말(30)이 데이터 및 제어신호를 동시에 보낼 필요가 있을 경우에 이 채널을 통하여 다중화되어 전송된다.

또한, 하향링크 채널의 서브프레임은 또한 기지국(10) 내의 릴레이(20)를 위한 제어 정보에 관한 채널인 R-PCFICH(Relay node Physical Control Format Indicator Channel) 및 R-PDCCH와 릴레이(20)를 위한 데이터에 관한 채널인 R-PDSCH를 포함한다. R-PCFICH, R-PDCCH 및 R-PDSCH는 각각 릴레이(20)를 위한 정보라는 점에서만 다를 뿐, 그 기능과 역할은 단말(30)과 관련하여 전술한 PCFICH, PDCCH 및 PDSCH와 유사하다. 한편, 상향링크 채널의 서브프레임에 포함되는 R-PUSCH 및 R-PUCCH 역시 릴레이(20)를 위한 정보라는 점에서만 다를 뿐, 그 기능과 역할은 단말(30)과 관련하여 전술한 PUSCH, PUCCH와 유사하다.

위에서 언급한 바대로, Un 링크의 경우 기존에는 R-PDCCH 및 R-PDSCH를 사용하여 제어 정보 및 데이터를 수신하지만, 본 발명에서는 Un 링크 또한 일반 UE와 동일하게 PDCCH, PDSCH를 이용하여 UL/DL 데이터를 송수신한다. 이때 DeNB(10)는 Relay(20)도 일반 UE(30)와 마찬가지로 취급하여 스케쥴링하게 된다. 하지만, 이 경우 데이터 전송에 지연(delay)이 누적될 경우 상대적으로 QoS의 저하가 생길 수 있다. 이러한 단점은 Relay(20)에게 보다 높은 우선순위(priority)를 주는 새로운 UE Category를 추가하여 최소한의 전송률(data rate) 등을 보장받는 방법 등으로 해결할 수 있다.

마찬가지로 Uu 링크도 고정 서브프레임에 데이터를 송수신하지 않는다. 이동체 내부의 UE(30)는 데이터를 송수신하는 경우 서브프레임을 고려하지 않고 통신한다. 도 5는 일 예로서, UE(30)가 Uu 링크로 UL 데이터를 전송하는 과정을 보여준다. UE(30)는 UL로 전송할 데이터가 존재하는 경우 기존처럼 Uu UL Tx timing(정해진 subframe)을 기다리지 않고 도 5의 A 시점에서 스케쥴링(scheduling) 받고 데이터를 전송하게 된다. 이때 전송된 데이터는 Un 처리부(21)의 자체 버퍼(27)에 저장되며, DeNB(10)로부터 스케쥴링(scheduling)을 받아 Un 처리부(21)에 의해 Uu UL Tx subframe(timing B) 시점에 전송된다.

이처럼 Un 링크와 Uu 링크가 물리적으로 완전히 분리되지만, Un 처리부(21) 및 Uu 처리부(22)가 데이터를 주고 받기 위한 방식은 기존과 같이 Uu 링크와 Un 링크로부터 수신된 데이터를 서로에게 전달하고 전달받은 데이터를 버퍼(27)에 저장한 후에 적절한 시점에 각각 UE(30)와 DeNB(10)에 전송하는 점은 동일하다. 이외에, Relay configuration, Relay에 연결되는 UE에 대한 Attach 및 Traffic handling procedure, Relay 내부에서의 UE data aggregation 등은 기존의 표준을 따른다.

본 명세서에서는 본 발명이 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 이해할 수 있는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.

10: 기지국(DeNB) 20a~20c: 릴레이(RN)
30a~30c: 단말(UE)

Claims (7)

1. 이동체에서의 릴레이 시스템로서,
   Un 링크(백홀 링크)를 통해 기지국과 통신하여 백홀 데이터(backhaul data)를 처리하는 Un 처리부; 및
   Uu 링크(액세스 링크)를 통해 단말과 통신하여 액세스 데이터(access data)를 처리하는 Uu 처리부를 포함하되,
   상기 Un 처리부 및 상기 Uu 처리부를 물리적으로 분리하여 물리채널의 유선링크(wired link)로 연결하는, 릴레이 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 Un 처리부 및 상기 Uu 처리부는, 상기 Un 링크와 상기 Uu 링크의 타이밍 동기 및 RF(Radio Frequency) 스위칭을 위한 동기를 고려하지 않는, 릴레이 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 Un 처리부는, 상기 Un 링크의 기저대역 신호를 처리하는 Un 인터페이스부와 상기 Un 링크의 기저대역 신호를 RF 신호로 변환시켜주는 Un RF 처리부를 포함하고,
   상기 Uu 처리부는, 상기 Uu 링크의 기저대역 신호를 처리하는 Uu 인터페이스부와 상기 Uu 링크의 기저대역 신호를 RF 신호로 변환시켜주는 Uu RF 처리부를 포함하되,
   상기 Un RF 처리부 및 상기 Uu RF 처리부를 물리적으로 분리하여 상호 간의 신호 간섭을 제거하는, 릴레이 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 Un 처리부는 상기 이동체 외부로 지향하여 설치되는 도너 안테나를 구비하여 상기 도너 안테나를 통해 상기 기지국과 통신하며,
   상기 Uu 처리부는 상기 이동체 내부로 지향하여 설치되는 서비스 안테나를 구비하여 상기 서비스 안테나를 통해 상기 단말과 통신하는, 릴레이 시스템.
5. 제2항에 있어서,
   상기 Un 링크 및 상기 Uu 링크는, configured된 TTI에서만 데이터를 송수신하는 방식을 사용하지 않고, 동적 스케쥴링을 통해 동작하는, 릴레이 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 Un 링크는, PDCCH(Physical Downlink Control Channel) 및 PDSCH(Physical Downlink Shared Channel)를 이용하여 하향링크(DL) 데이터를 전송하고, PUSCH(Physical Uplink Shared Channel) 및 PUCCH(Physical Uplink Control Channel)를 이용하여 상향링크(UL) 데이터를 전송하는, 릴레이 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 유선링크는, 이더넷, 광선로 중 적어도 하나를 포함하는, 릴레이 시스템.

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