KR20100074802A

KR20100074802A - 중계국 선택 방법

Info

Publication number: KR20100074802A
Application number: KR1020080133325A
Authority: KR
Inventors: 홍대식; 조준호; 이제민; 강병우
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2010-07-02
Also published as: EP2373096B1; US8605670B2; US20110255462A1; EP2373096A2; WO2010074470A3; KR101517241B1; WO2010074470A2; EP2373096A4

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 중계국 선택 방법은 무선 인지 시스템에서 복수의 후보 중계국, 허가 목적국 및 비허가 목적국들에 대한 상태 정보를 수신하는 단계; 상기 비허가 목적국으로의 데이터 전송 시 상기 허가 목적국에게 미치는 간섭량 및 사용 가능한 최대 파워값을 고려하여 임계 가용 파워값을 결정하는 단계; 상기 임계 가용 파워값으로 상기 데이터를 전송할 경우 사용할 중계국을 상기 상태 정보 및 상기 간섭량을 고려하여 선택하는 단계를 포함한다. 비허가 사용자들의 데이터 전송에 중계국을 이용하는 경우 전송 캐패시티를 보장할 수 있다.

무선 인지, 비허가, 중계

Description

중계국 선택 방법{METHOD OF SELECTING RELAY STATION}

본 발명은 무선통신 시스템에 관련된 것으로서, 보다 상세하게는 적합한 중계국 및 전송 방식을 선택하는 방법에 관련된다.

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준은 광대역 무선 접속(broadband wireless access)을 지원하기 위한 기술과 프로토콜을 제공한다. 1999년부터 표준화가 진행되어 2001년 IEEE 802.16-2001이 승인되었다.

이는 'WirelessMAN-SC'라는 단일 반송파(single carrier) 물리계층에 기반한다. 이후 2003년에 승인된 IEEE 802.16a 표준에서는 물리계층에 'WirelessMAN-SC' 외에'WirelessMAN-OFDM'과 'WirelessMAN-OFDMA'가 더 추가되었다. IEEE 802.16a 표준이 완료된 후 개정된(revised) IEEE 802.16-2004 표준이 2004년 승인되었다. IEEE 02.16-2004 표준의 결함(bug)과 오류(error)를 수정하기 위해 'corrigendum'이라는 형식으로 IEEE 802.16-2004/Cor1(이하, IEEE 802.16e)이 2005년에 완료되었다.

현재, IEEE 802.16e를 기반으로 하여 IEEE 802.16 태스크 그룹 j(IEEE 802.16 Task Group j;이하, IEEE 802.16j라 한다)에서는 서비스 지역의 확 장(Coverage Extension) 및 성능 강화(Throughput Enhancement)를 제공하기 위하여 중계국(Relay Station)을 도입하고, 이에 대한 표준화를 진행하고 있다.

무선통신 시스템에서 중계국을 이용하면 셀 커버리지를 확장시키고 전송 성능을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다.

기지국(BS)이 중계국을 통해 기지국의 커버리지 밖에 위치한 단말을 서비스하는 경우, 중계국으로 하여금 해당 단말과 기지국 간의 제어 신호 및 데이터 신호를 모두 중계하게 함으로써 셀 커버리지를 확장시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한 기지국의 커버리지 안에 위치한 단말의 경우에는, 중계국이 기지국과 단말 사이에서 데이터 신호를 증폭시켜 각 수신단에 전달하게 함으로써 단말이 보다 안정적으로 기지국과 통신할 수 있게 전송 성능을 향상시킬 수 있다. 특히 단말이 기지국의 커버리지 내에 있되, 음영 지역에 위치한 경우에 중계국이 필요할 수 있다.

즉, IEEE 802.16j 표준에서는 중계국을 통하여 기지국 영역 밖에 있는 단말에 대하여 신호 전달이 가능해지도록 하고, 기지국 영역 내에 있는 단말에 대하여 높은 수준의 적응변조코딩(Adaptive Modulation and Coding, AMC) 방식을 가지는 고품질의 경로를 설정할 수 있도록 함으로써 동일한 무선 자원으로 시스템 용량을 증대시킬 수 있도록 한다.

중계국이 기지국과 단말 사이의 신호를 중계하는 대표적인 중계 모드로는 AF(Amplify and Forward; 증폭 후 전달) 모드와 DF(Decode and Forward; 복호 후 전달) 모드가 있다. 여기서, AF 모드는 기지국 또는 단말로부터 수신한 신호를 증 폭한 후 단말 또는 기지국으로 전달하는 방식이다. DF 모드는 기지국 또는 단말로부터 수신한 신호를 복조(Demodulation) 및 복호(Decoding) 등의 과정을 거쳐 정보를 복구한 후, 다시 부호(Coding) 및 변조(Modulation) 등의 과정을 거쳐 신호를 생성하여 단말 또는 기지국으로 전달하는 방식이다.

AF 모드에 따르면 신호의 전달에 걸리는 시간 지연이 짧은 장점이 있으나, 전달되는 신호에 잡음이 전파되거나 증폭되는 단점이 있다. 반면에, DF 모드에 따르면 신호에 포함된 잡음을 제거할 수 있고 전송 신호의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있으나, 복조 및 복호 과정을 거치므로 신호의 전달에 걸리는 시간 지연이 긴 단점이 있다.

한편, 무선 통신 시스템의 발전과 다양한 서비스의 등장에 따라 무선 자원 수요는 계속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 주파수자원의 공급에 비하여 수요가 많아 주파수 부족현상이 대두되었다. 그런데 주파수 자원의 부족 현상이 나타나는 것에 비하여 현재 주파수 이용은 효율적으로 이루어지지 못하는 경우가 많다. 예컨대 FCC의 Spectrum Policy Task Force의 일환으로 측정된 실제 주파수 이용효율은 평균적으로 30%이하로 나타난다고 한다.

따라서 이용되지 않고 있는 주파수 자원을 효율적으로 이용할 수 있는 기술로서, 무선 인지(CR: Cognitive Radio) 방식을 기반으로 한 무선 인지 통신 시스템이 제안되었다. 이 무선 인지 기술은 주변 환경을 감지하여 주파수, 변조방식, 출력 등의 무선 송신 파라미터를 결정하는 무선 기술을 의미한다. 무선 인지 기술에 따르면 지역과 시간에 따라 비어있는 주파수를 찾아 주변의 허가된 사용자들을 보호하면서 허가되지 않은 사용자들 간의 통신이 가능해진다.

위와 같이 기본적인 무선 인지 통신 시스템에서 비 허가 사용자들(SU: Secondary user)들은 허가 사용자 (PU: Primary user)들에게 피해를 주지 않도록, 스펙트럼 센싱을 하여 허가 사용자들이 사용하지 않는 대역을 찾아내고, 그 대역의 자원을 사용한다.

또는 특정 대역이 완전히 비어 있는 순간에만 비 허가 사용자가 그 대역의 주파수를 사용하는 것에서 더 나아가, 허가 사용자가 사용중인 대역일지라고 비허가 사용자의 사용이 허가 사용자에게 영향을 미치지 않는 범위에서는 비허가 사용자와 허가 사용자가 동시에 같은 대역의 주파수를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 동시 사용으로 인하여 허가 사용자에게 미치는 간섭의 양이 허용 가능한 간섭량(또는 간섭 한계값(Interference threshold)) 이하가 되는 범위 안에서 비 허가 사용자가 허가 사용자와 같은 자원을 사용하는 것이다.

이러한 무선 인지 통신 시스템에서, 이러한 간섭 한계 값을 유지하는 하는 범위 안에서 비허가 사용자들의 캐패시티를 향상시키기 위한 방법들이 많이 제안되고 있다.

그런데 사용 가능한 중계국이 여러 개인 경우, 어떤 중계국을 선택하느냐에 따라 통신 서비스의 품질이 달라질 수 있으며, 특히 허가 사용자와 비허가 사용자가 혼재하는 무선 환경에서는 전송 파워와 서로 간의 간섭 등에 따른 영향을 고려하여 적합한 중계국 선택의 기준이 마련될 필요가 있다.

비허가 사용자들이 허가 사용자들의 자원을 사용하는 경우 중계 전송(Relaying transmission) 방식을 사용함에 있어서, 중계기 선택에 따라 전송 성능이 달라질 수 있는 바, 적절한 중계기를 선택할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

비허가 사용자가 중계국을 이용하여 데이터를 전송할 때, 가능한 한 높은 파워를 사용하면서도 허가 사용자에게 적은 간섭을 줄 수 있도록 하기 위한 중계국 선택 방법을 제공하고자 한다.

또한 최적의 중계국을 선택한 경우에도, 직접 전송 방법과 중계 전송방법 중에서 전송 방법을 선택할 수 있게 함으로써, 무선 인지 시스템의 전송 캐패시티를 높이고자 한다.

본 발명의 일 양태에 따른 중계국 선택 방법은 무선 인지 시스템에서 복수의 후보 중계국, 허가 목적국 및 비허가 목적국들에 대한 상태 정보를 수신하는 단계; 상기 비허가 목적국으로의 데이터 전송 시 상기 허가 목적국에게 미치는 간섭량 및 사용 가능한 최대 파워값을 고려하여 임계 가용 파워값을 결정하는 단계; 상기 임계 가용 파워값으로 상기 데이터를 전송할 경우 사용할 중계국을 상기 상태 정보 및 상기 간섭량을 고려하여 선택하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 허가 사용자에게 보다 적은 간섭을 주면서, 비허가 사용자의 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 비허가 사용자가 중계 전송 시 캐패시티 등의 전송 성능을 최대화 할 수 있는 중계국을 선택하는 것은 물론, 중계국을 이용하는 방법과 이용하지 않는 방법 중 더 나은 방법을 선택할 수 있다.

도 1은 무선통신 시스템을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 무선통신 시스템(10)는 적어도 하나의 기지국(11; Base Station, BS)을 포함한다. 각 기지국(11)은 특정한 지리적 영역(일반적으로 셀이라고 함)(15a, 15b, 15c)에 대해 통신 서비스를 제공한다. 셀은 다시 다수의 영역(섹터라고 함)으로 나누어질 수 있다.

단말(12; User Equipment, UE)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, MS(mobile station), UT(user terminal), SS(subscriber station), 무선기기(wireless device), PDA(personal digital assistant), 무선 모뎀(wireless modem), 휴대기기(handheld device) 등 다른 용어로 불릴 수 있다. 기지국(11)은 일반적으로 단말(12)과 통신하는 고정된 지점(fixed station)을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point) 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

이하에서 하향링크(downlink)는 기지국에서 단말로의 통신을 의미하며, 상향링크(uplink)는 단말에서 기지국으로의 통신을 의미한다. 하향링크에서 전송기는 기지국의 일부분일 수 있고, 수신기는 단말의 일부분일 수 있다. 상향링크에서 전송기는 단말의 일부분일 수 있고, 수신기는 기지국의 일부분일 수 있다.

도 2는 중계국을 이용한 무선통신 시스템을 나타낸다. 설명을 간단히 하기 위해, 도 2는 하나의 목적국(130), 3개의 중계국(121, 123, 125) 및 2개의 소스국(130,132)를 도시하고 있으나, 무선통신 시스템이 포함하는 목적국, 중계국 및 소스국의 수는 특별한 숫자로 제한되지 않는다.

상향링크 전송에서 소스국은 단말이고, 목적국은 기지국일 수 있다. 반면 하향링크 전송에서는 소스국은 기지국이고, 목적국은 단말일 수 있다. 중계국은 단말일 수도 있고, 별도의 중계국이 배치될 수 있다. 기지국은 중계국과 단말간의 연결성(connectivity), 관리(management), 제어 및 자원 할당과 같은 기능을 수행할 수 있다.

소스국(110)으로서의 단말이 목적국(130)인 기지국의 커버리지 안에 위치하였다면 단말은 해당 기지국과 직접 링크로 연결될 수 있다. 그러나 단말과 기지국과의 거리가 멀거나 건물 등으로 인한 신호 차폐가 심한 경우, 단말이 기지국의 커버리지 밖에 위치하여 해당 기지국과의 채널 상태가 좋지 않은 경우 등에는 셀 내의 중계국(121, 123, 125)을 이용하여 기지국과 통신을 수행하면 보다 우수한 채널 상태로 통신할 수 있다.

여기서 중계국에서 사용하는 중계 방식으로 AF(amplify and forward) 및 DF(decode and forward) 등 어떠한 방식을 사용할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사 상은 이에 제한되지 않는다.

도 2를 참조하면, 소스국(110, 112) 은 중계국들(121,123,125)을 통해 목적국(130)과 통신한다. 상향링크 전송에서, 소스국(110, 112)은 신호를 목적국(130)과 중계국(121 또는 125)으로 각각 보내고, 중계국(121 또는 125)은 수신한 신호를 목적국(130)으로 중계 전송한다. 이 경우 중계국(121, 125)는 다른 중계국(123)을 거쳐 신호를 중계 전송할 수 있다.

이하에서는 복수의 소스국(110, 112)들 중 하나의 소스국(110)을 예로 들어 설명하도록 한다. 소스국(110)과 목적국(130) 사이에 다수의 중계국들(121,123,125)이 존재하고, 소스국(110)은 이 중계국들(121,123,125) 중에 하나 또는 복수의 중계국을 통하여 데이터를 전송하는 이러한 중계 전송으로 인해, 소스국(110)이 데이터를 전송할 때 사용하는 각 링크들의 캐패시티(capacity)가 증가될 수 있다.

이와 같이 중계 전송의 성능을 최대화 하기 위해서는, 소스국(110)과 목적국(130) 사이에 전송 가능한 데이터의 크기를 최대로 할 수 있는 중계국(121,123,125)를 선택하는 것도 중요하다.

적절한 중계국 선택을 용이하게 하기 위해, 목적국(130)은 중계국버스트를 방송한다. 각각의 중계국들은 수신된 버스트의 품질을 측정하여, 이 측정 정보를 소스국(110)으로 전송한다.

그리고 소스국(110)은 측정 정보를 이용하여, 소스국(110)과 목적국(130) 간의 간접 통신을 반송할 시에 이용하기 위해 복수의 중계국(121,123,125) 중 가장 적절한 중계국을 선택한다.

이와 같이, 기존 시스템에서는 중계국, 소스, 수신기 간에 정보 교환을 기반으로 중계국 선택이 이루어 졌다.

중계국 선택 시 사용하는 정보에는 여러 가지가 있을 수 있다. 예컨대, 선택을 위한 정보는 전파 경로(pathloss), 반송파 대 잡음비(C/N) 또는 반송파 대 간섭비(C/I), 또는 이들 중 어느 것의 조합일 수 있다. 또한, 중계국 선택에 순시적인 채널 상태 (instantaneous channel condition)를 이용할 수 있다.

캐패시티 측면에서는 매 순간 변화하는 채널 상태를 이용하는 것이 가장 최적이다. 소스와 k번째 중계국 사이 링크의 채널 상태를 나타내는 값(이하, 채널 정보값)(

) 및 중계국과 이동국 사이의 채널 정보값(

)에 따라서 다음과 같이 k번째 중계국을 통하여 중계 전송 시 캐패시티(

)가 다음 수학식 1과 같이 결정된다.

[수학식 1]

이때, P_S와 P_R은 각각 소스국(110)과 k번째 중계국(121,123,125)의 전송 파 워를 나타내고, N_O은 노이즈 파워를 나타낸다. 그러므로, 이와 같은 환경하에서는 중계 전송 시 캐패시티를 최대화 하기 위해서는 다음과 같은 중계국 선택의 기준을 사용해야 한다. 즉 여기서 k는 다음의 수학식 2에 따라 산출된

의 값을 가진다.

[수학식 2]

즉, 소스국(110)은 자신과 중계국들 사이의 채널 상태와 중계국들과 수신기 사이의 채널 상태를 비교하고, 이를 기반으로 최적의 중계국을 선택한다.

상술한 바와 같이 무선 인지 시스템이 아닌 기존 시스템에서는 중계국 선택에 있어서, 소스국(110) 및 목적국(130)과 중계국들(121, 123, 125)이 이루는 링크 상태를 고려하여 중계국 선택을 하는 것이 가능하였다.

그러나, 허가 사용자와 비허가 사용자가 공존하는 무선 인지 시스템의 경우에는 비허가 사용자들과 중계국 사이 링크의 상태만을 고려할 경우 오히려 허가 시스템 수신기에 작은 파워를 사용하더라도 많은 간섭을 야기시킬 수 있다. 결국 비허가 사용자의 성능이 전반적으로 저하되는 결과가 초래된다.

그러므로, 무선 인지 환경에서는 비허가 사용자들과 중계국들이 이루는 링크뿐만 아니라, 허가 사용자와 비허가 사용자들간의 링크의 상태까지 고려하여 중계 국을 선택할 필요가 있다.

도 3은 종래의 무선 인지 시스템을 나타낸 도면이다.

이러한 무선 인지 시스템에서 비허가 사용자들은 허가 사용자의 자원을 동시에 사용하면서도 허가 사용자에게 간섭 한계값 이하의 간섭을 주는 것이 중요하다.

도 3을 참조한 설명과 그 이하에서는 설명과 이해의 편의를 위해, 허가 사용자들의 시스템 내에서 데이터를 전송하는 쪽은 허가 소스국, 데이터를 수신하는 쪽은 허가 목적국으로 지칭하기로 한다. 또한 비허가 사용자들시스템 내에서 중계 역할을 할 수 있는 비허가 사용자 단말 등은 후보 중계국으로, 후보 중계국 중에서 실제 데이터 중계 전송에 사용하기로 결정되는 중계국은 선택된 중계국이라 지칭할 수 있다. 그리고 데이터를 전송하는 쪽은 비허가 소스국, 데이터를 수신하는 쪽은 비허가 목적국으로 지칭하기로 한다.

비허가 소스국(320)이 비허가 목적국(340)으로 데이터를 전송하면 이에 따른 간섭이 허가 사용자들, 특히 허가 목적국(330)에 영향을 미치게 된다. 비허가 목적국(340)에 허용될 수 있는 간섭 한계 값을 I_TH라 할 때, 비허가 소스국(320)으로부터의 간섭이 I_TH이하일 때만 비허가 소스국(320)의 자원 사용이 가능하다. 여기서의 자원은 허가 사용자들에게 할당된 자원임은 앞에서 이미 설명하였다.

위와 같이 비허가 소스국(320)은 허가 목적국(330)에게 특정 간섭 한계값 이하의 간섭만을 주기 위하여, 데이터 전송 시 사용하는 파워의 값을 조절한다. 비허 가 소스국(320)이 사용하는 전송 파워가 P_S이고, 비허가 소스국(320)과 허가 목적국(330) 사이의 채널에 상응하는 채널 정보값이 h_SP일 때, 허가 목적국(330)에 수신되는 간섭의 양은

이다. 그러므로, 비허가 소스국(320)은 전송 파워를 하기 수학식 3과 같은 제한된 범위 안에서 사용한다.

[수학식 3]

이 때, 비허가 소스국(320)이 제한된 전송 파워 안에서 최대 파워로 전송 시 아래와 같은 캐패시티를 얻게 된다.

[수학식 4]

그러므로, 상기 수학식 3과 같이 전송 파워가 제한됨으로 인하여 비허가 사용자들(비허가 소스국(320) 및 비허가 목적국(340))은 높은 캐패시티를 얻기 힘들게 된다. 비허가 사용자들 사이에 캐패시티를 향상 시키기 위하여 본 발명의 실시예에서는 비허가 사용자들(비허가 소스국(320) 및 비허가 목적국(340))간의 데이터 전송에 중계 전송 방법을 도입하고자 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계국 선택 방법이 적용되는 무선 인지 시스템을 나타낸 도면이다.

도 4에서는 비허가 소스국(310)와 비허가 목적국(340) 사이에 비허가 사용자 단말들을 포함하는 후보 중계국(candidate relay station)(411, 413, 415)들이 존재하여 비허가 사용자들 간의 중계 전송이 가능한 무선 인지 시스템이 도시되어 있다.

중계 전송 시 비허가 소스국(310)은 두 개의 타임 슬롯 안에 데이터를 비허가 목적국(340)에게 전송하게 된다. 첫번째 타임 슬롯에서는 비허가 소스국(310)이 후보 중계국들(후보 중계국 1(411), 후보 중계국 2(413), ...) 중에서 실제 중계 역할을 하도록 선택된 k번째 후보 중계국(415)(이하에서는 선택된 중계국이라고 지칭함)에게 데이터를 전송하고, 두 번째 타임 슬롯에서는 선택된 중계국(415)이 비허가 목적국(340)에게 데이터를 중계한다.

이러한 중계 전송 시에 두 타임 슬롯 동안 간섭들이 각각 허가 목적국(330)으로 수신될 수 있다. 예를 들어, 비허가 소스국(310)이 선택된 중계국(415)의 도움으로 중계 전송을 할 때, 첫 번째 타임 슬롯에서는 비허가 소스국(310)에서 허가 목적국(330)으로 간섭이 들어가게 된다. 이때 간섭량은

이 된다.

또한, 선택된 중계국(415)과 허가 목적국(330) 사이 링크의 채널이

이고 선택된 중계국(415)이 사용하는 전송 파워가

일 때, 두 번째 타임 슬롯에서는 선택된 중계국(415)의 간섭이 들어오고, 그 간섭량은

이 된다.

이러한 환경에서도 역시 각 타임 슬롯마다 허가 소스국에 미치는 간섭량이 미리 설정된 간섭 한계값 이하가 되어야 하므로, 비허가 소스국(310)의 전송 파워는 상기의 수학식 3과 같이 제한된다.

또한 중계국(415)의 전송 파워의 범위는 하기 수학식 5와 같이 제한된다.

[수학식 5]

여기서 수학식 1과 수학식 2와 같은 전송 파워의 제한이 있는 경우, 제한된 범위 안에서 최대 파워를 사용할 시 중계 전송으로 얻는 비허가 사용자들 간의 전송 캐패시티는 하기의 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.

[수학식 6]

이때, N_O는 노이즈(noise)의 파워이다. 상기 수학식 6로부터, 무선 인지 환경에서 중계국 도입 시 캐패시티가 채널 이득의 비에 영향을 받음을 알 수 있다. 그러므로, 채널 이득의 비를 기반으로 하는 하기의 수학식 7의 결과에 따라 비허가 소스국의 전송 캐패시티를 최대화하는 중계국을 선택할 수 있다.

[수학식 7]

위의 수학식 7은 비허가 소스국(310)이 기술적으로 사용 가능한 전송 파워의 최대값에 제한이 없는 환경에서 중계 전송 시 중계국 선택을 위한 조건이 될 수 있다.

은 이러한 수학식 7에 따라, k번째 후보 중계국 중 실제 사용할 중계국을 선택하는 경우의 k값을 의미한다.

그러나 비허가 소스국(310)이나 비허가 목적국(340)도 하나의 장치이고, 파워 증폭시의 간섭 발생 등의 한계로 인해 전송할 때 사용할 수 있는 최대 파워가 제한될 수 있다. 따라서 중계국 선택 시에 비허가 사용자들이 사용 가능한 최대 파 워(

)까지 고려하여 다음의 수학식 8과 같이 새로운 파워의 한계값을 기반으로 중계국을 선택할 수 있다.

[수학식 8]

은 위와 같은 최적의 중계국 선택 기준인 수학식 7에 따라 k번째 후보 중계국을 실제 사용할 중계국으로 선택하는 경우의 k값을 의미한다.

은 무선환경에 따라서 수학식 3의

이나 수학식 7의

과 비슷한 형태가 된다. 허가 목적국(330)에게 미치는 간섭 양이 굉장히 작은 경우 (예를 들어, 허가 목적국(330)이 비허가 사용자 단말들로부터 충분히 멀리 위치한 경우)는 수학식 8에서

와

인 경우에 해당된다.

따라서

는

에 근접하게 된다. 이 경우 비허가 소스국(310)은 허가 목적국(330)에게 미치는 간섭을 고려하지 않고, 단순히 비허가 소스국(310)과 중계국(415), 비허가 목적국(340) 간에 채널 상태만 고려하여 중계국 선택을 하면 된다.

반면, 허가 목적국(330)에게 미치는 간섭이 큰 경우 (예를 들어, 허가 목적국(330)이 비허가 사용자 단말들에 충분히 먼 거리에 위치하지 못한 경우), 비허가 소스국(310)에게 허용되는 최대 파워의 제한보다 허가 목적국(330)에게 미치는 간섭으로 인한 제한이 더 커져,

는

에 근접하게 된다.

이와 같이 무선 인지 환경에서는 최적의 중계국 선택을 위하여 비허가 소스국(310), 중계국(415), 및 비허가 목적국(340) 사이의 채널뿐만 아니라, 허가 목적국(330)과 이루는 채널 상태를 기반으로 간섭의 양까지 고려하여야 한다. 이를 위하여 비허가 사용자 단말들과 허가 사용자 단말들간의 채널 정보 공유가 필요하다.

중계국 선택에 필요한 채널 정보를 획득하기 위해 다음과 같은 방법을 생각할 수 있다. 채널 정보를 획득하기까지 아직은 중계국이 선택되지 않은 단계이므로, 채널 정보 획득 방법을 설명함에 있어서만 선택된 중계국(415)을 후보 중계국에 포함시키도록 한다.

우선, 비허가 소스국(310)이 파일럿 신호를 전송하고 허가 목적국(330), 비허가 목적국(330) 및 그 외 다른 비허가 사용자 단말 등의 후보 중계국들(411, 413, 415)이 수신하고 채널 상태를 측정한다. 그리고 비허가 소스국(310)의 파일럿 신호를 수신한 후보 중계국들(411, 413, 415)이 파일럿 신호를 전송하고 허가 목적국(330), 비허가 목적국(340)이 또다시 파일럿 신호를 수신하여 후보 중계국들과 연결된 링크의 채널 상태를 측정한다.

그리고 비허가 소스국(310)의 파일럿 신호를 수신한 비허가 목적국(340)과 후보 중계국들(411, 413, 415), 허가 목적국(330)이 측정한 채널 정보를 비허가 소스국(310)에게 전달해줄 수 있다. 여기서 채널 측정 정보는 채널 정보값으로 지칭될 수 있다.

그러나 상술한 방법에 따른 채널 정보 전달이 불가능 한 경우가 발생할 수도 있다. 일반적으로 채널은 순시적으로 변하므로 채널 정보 또는 채널 정보값 역시 변화한다. 이 때 변화된 값을 파워 할당 등에 이용하기 위해서는 주기적인 피드백이 필요하다. 즉 비허가 소스국(320)은 채널 정보값 또는 채널 측정 정보를 허가 목적국(330) 또는 비허가 목적국(340)이나 후보 중계국들(411, 413, 415)로부터 주기적으로 수신 및 수집할 수 있다.

물론 주기적인 피드백 없이 채널 정보 없이 위치 정보를 피드백하는 것도 가능하다. 이러한 환경하에서는 허가 목적국(330)과 비허가 소스국(310) 및 후보 중계국들(411, 413, 415) 간의 거리 정보를 기반으로 중계국을 선택할 수 있다.

이때 사용할 수 있는 선택 기준은 하기 수학식 9와 같이 이들간의 거리 비를 이용하는 것이다. 여기서 거리 정보를 획득하기 위해 각 기지국 또는 단말들의 위치 정보를 이용할 수 있다.

[수학식 9]

여기서

는 위치 정보 또는 거리 정보에 따라 후보 중계국들 중에서 k번째 후보 중계국을 선택하는 경우에 있어서의 k값을 의미한다. 또는 이때,

와

는 각각 비허가 소스국(310) 및 k번째 비허가 사용자단말인 중계국(415)과 허가 목적국(330) 사이의 거리를 의미하고,

와

는 각각 비허가 소스국(310)과 선택된 중계국(415) 사이의 거리 및 선택된 중계국(415)과 비허가 목적국(330) 사이의 거리를 의미한다. 수학식 9에서 얻어진 k값에 따르면, 가능한 한 비허가 소스국(310) 및 비허가 목적국(340)과는 가까이 위치하고, 허가 목적국(330)과는 멀리 위치한 후보 중계국이 중계국으로 선택되게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계국 선택 방법을 나타낸 흐름도이다.

비허가 소스국은 상태 정보를 수집한다(S501). 여기서 비허가 소스국은 도 4에서 설명한 비허가 소스국일 수 있다. 비허가 소스국은 비허가 목적국, 허가 목적국, 후보 중계국들로부터 상태 정보를 수신한다. 상태 정보는 위치 정보 또는 채널 측정 결과 획득한 채널 정보값 등일 수 있다.

그리고 상태 정보 및 허가 목적국에 미치는 간섭량 등을 이용하여 비허가 소스국이 사용할 수 있는 최대 파워값, 즉 임계 가용 파워값을 산출한다(S502). 여기서 간섭의 영향을 받는 허가 목적국은 도 4에서 언급한 허가 목적국을 의미할 수 있다. 허가 목적국으로의 간섭을 최소화하기 위해 비허가 소스국에서 사용하는 파워값을 조절하기 위해 임계 가용 파워값을 산출한다.

그리고 소스국은 상태 정보를 이용하여 비허가 사용자 단말들이 포함된 후보 중계국들 중에서 중계국을 선택한다(S503). 여기서 상태 정보가 비허가 소스국, 후보 중계국, 비허가 목적국 및 허가 목적국 간의 거리 정보인 경우에는 전술한 수학식 9를 이용하여 중계국을 선택할 수 있다.

또는 상태 정보가 채널 상태 정보 또는 채널 측정 정보, 채널 정보값 등인 경우에는 수학식 7 또는 수학식 8을 이용하여 중계국을 선택할 수 있다. 이 경우 채널 정보값로부터 산출된 채널 이득의 비가 중계국 선택에 이용된다. 수학식 7 내지 9와 관련된 중계국 선택 방법에 관한 자세한 설명은 앞에서 이미 기술하였으므로 중복되는 내용은 생략하도록 한다.

중계국이 선택되면, 비허가 소스국은 선택된 중계국을 통해 데이터를 바로 중계 전송할 수 있다. 그러나 선택된 중계국을 통해 중계 전송 방법에 의해 데이터를 전송하는 경우와 중계국을 이용하지 않고 데이터를 직접 목적국으로 전송하는 경우를 비교하여, 전송 성능이 더 큰 방법을 선택적으로 이용하는 것도 가능하다.

앞서 설명한 바와 같이, 중계 전송 방식이 직접 전송한 경우 보다 높은 성능을 낼 수도 있으나 항상 그러한 것은 아니기 때문이다. 따라서 선택된 중계국을 이용함으로 인해 더 비효율적인 전송이 수행되는 현상을 방지하기 위하여, 중계 전송 방식이 보다 효과적인 경우에만 선택적으로 중계 전송 방식을 사용하고자 한다.

따라서 이하에서는 중계국 선택 후 데이터 전송을 위한 과정을 설명하도록 한다.

이러한 방법의 한 예로 전송 캐패시티를 비교하는 방법이 있다.

비허가 소스국이 선택된 중계국을 통해 중계 전송을 수행하는 경우의 캐패시티, 즉 중계 전송 캐패시티를 측정 또는 산출한다(S504). 그리고 비허가 소스국이 중계국을 이용하지 않고 데이터를 목적국으로 직접 전송하는 경우의 캐패시티인 직접 전송 캐패시티도 산출할 수 있다.

이 경우, 산출된 중계 전송 캐패시티와 직접 전송 캐패시티와 비교한다(S505). 비교 결과, 중계 전송 캐패시티가 더 큰 값을 가지는 경우에 한하여 중계 전송을 수행하도록 한다(S506). 중계 전송 캐패시티가 작은 경우에는 중계국이 선택되었을지라도 선택된 중계국을 이용하지 않고 데이터를 목적국으로 직접 전송할 수 있다(S507).

여기서 직접 전송 캐패시티를 산출하는 대신에, 임계 캐패시티 값을 미리 설정해 두고, 중계 전송 캐패시티를 임계 캐패시티와 비교하여 중계 전송 여부를 결정할 수도 있다.

다만, 캐패시티값을 비교하는 방법은 채널 정보가 피드백 되는 환경에서 보다 유리하게 적용 가능하다. 예를 들어, 전술한 수학식 4와 같이 중계 전송을 사용하지 않을 때 얻는 캐패시티와 수학식 6과 같이 중계 전송을 통해 얻게 되는 캐패시티를 비교하는 경우, 주기적인 피드백 등을 통해 갱신되는 채널 정보를 기반으로 계산하여 비교하면 중계 전송 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.

위와 같은 중계국 선택 방법 및 중계 전송 여부 판단 방법은 앞에서 예시한 실시예와 같이 두 개의 홉에 걸쳐 데이터를 전송하는 경우는 물론, 다수의 홉에 걸쳐 전송하는 경우에도 확장하여 사용 가능하다.

상술한 모든 방법은 상기 방법을 수행하도록 코딩된 소프트웨어나 프로그램 코드 등에 따른 마이크로프로세서, 제어기, 마이크로 제어기, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 프로세서 또는 도 3에 도시된 단말의 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 상기 코드의 설계, 개발 및 구현은 본 발명의 설명에 기초하여 당업자에게 자명하다고 할 것이다.

이상 본 발명에 대하여 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시켜 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명은 이하의 특허청구범위의 범위 내의 모든 실시예들을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 무선통신 시스템을 나타낸 도면.

도 2는 중계국을 이용한 무선통신 시스템을 나타낸 도면.

도 3은 종래의 무선 인지 시스템을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계국 선택 방법이 적용되는 무선 인지 시스템을 나타낸 도면.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중계국 선택 방법을 나타낸 흐름도.

Claims

무선 인지 시스템에서 복수의 후보 중계국, 허가 목적국 및 비허가 목적국들에 대한 상태 정보를 수신하는 단계;

상기 비허가 목적국으로의 데이터 전송 시 상기 허가 목적국에게 미치는 간섭량 및 사용 가능한 최대 파워값을 고려하여 임계 가용 파워값을 결정하는 단계;

상기 임계 가용 파워값으로 상기 데이터를 전송할 경우 사용할 중계국을 상기 상태 정보 및 상기 간섭량을 고려하여 선택하는 단계를 포함하는 중계국 선택 방법.
제1항에 있어서,

상기 상태 정보는 상기 허가 목적국, 상기 비허가 목적국 및 상기 후보 중계국들과 연결된 링크들의 채널 정보값를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계국 선택 방법.
제2항에 있어서,

상기 채널 정보값은 시간의 흐름에 따라 복수회에 걸쳐 수신하며, 상기 중계국을 선택하기 전 가장 최근의 상기 채널 정보값을 이용하는 것을 특징으로 하는 중계기 선택 방법.
제2항에 있어서,

상기 데이터 전송 시의 상기 임계 가용 파워값은 상기 허가 목적국과의 상기 채널 정보값 및 상기 허가 목적국에 수신되는 간섭의 양에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 중계국 선택 방법.
제2항에 있어서,

상기 후보 중계국들 중에서 k번째 후보 중계국을 상기 중계국으로 선택하되,

상기 k는 수학식
를 만족하며, 여기서 상기
는 상기 중계국까지의 채널 정보값, 상기
는 상기 중계국에서 상기 비허가 목적국까지의 채널 정보값, 상기
는 상기 허가 목적국까지의 채널 정보값, 상기
는 상기 중계국에서 상기 허가 목적국까지 의 채널 정보값을 나타내는 것을 특징으로 하는 중계국 선택 방법.
제2항에 있어서,

상기 후보 중계국들 중에서 k번째 후보 중계국을 상기 중계국으로 선택하되,

상기 k는

수학식
를 만족하는 상기
이며, 여기서 상기
는 상기 중계국까지의 채널 정보값, 상기
는 상기 중계국에서 상기 비허가 목적국까지의 채널 정보값, 상기
는 상기 허가 목적국까지의 채널 정보값, 상기
는 상기 중계국에서 상기 허가 목적국까지의 채널 정보값을 나타내는 것을 특징으로 하는 중계국 선택 방법.
제1항에 있어서,

상기 상태 정보는 상기 비허가 목적국과 상기 허가 목적국까지의 거리 정보 및 상기 후보 중계국과 및 상기 비허가 목적국, 상기 허가 목적국 간의 거리 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계국 선택 방법.
제7항에 있어서,

상기 후보 중계국들 중에서 k번째 후보 중계국을 상기 중계국으로 선택하되,

상기 k는 수학식
를 만족하는
이며, 상기
는 상기 허가 목적국까지의 거리, 상기
는 상기 중계국에서 상기 허가 목적국까지의 거리, 상기
는 상기 중계국까지의 거리, 상기
는 상기 중계국에서 상기 비허가 목적국까지의 거리를 나타내는 것을 특징으로 하는 중계국 선택 방법.
제1항에 있어서,

선택된 상기 중계국을 통하여 전송하는 경우의 전송 캐패시티인 중계 전송 캐패시티를 측정하는 단계를 더 포함하는 중계국 선택 방법.
제2항에 있어서,

상기 중계국을 이용하지 않고 상기 데이터를 상기 비허가 목적국으로 직접 전송 하는 경우의 직접 전송 캐패시티 또는 임계 캐패시티값과 상기 중계 전송 캐패시티 값을 비교하는 단계; 및

비교 결과 상기 중계 전송 캐패시티가 더 큰 경우 상기 중계국을 이용하여 상기 비허가 목적국으로 상기 데이터를 전송하고, 상기 중계 전송 캐패시티가 작거나 같은 경우에는 상기 중계국을 이용하지 않고 상기 데이터를 상기 비허가 목적국으로 직접 전송하는 단계를 더 포함하는 중계국 선택 방법.
제9항에 있어서,

상기 중계 전송 캐패시티는 다음의 수학식

에 의해 산출되며,

여기서 N_O는 노이즈(noise)의 파워이고 I_TH는 상기 허가 목적국에 수신되는 간섭의 양, 상기
는 상기 중계국까지의 채널 정보값, 상기
는 상기 중계국에서 상기 비허가 목적국까지의 채널 정보값, 상기
는 상기 허가 목적국까지의 채널 정보값, 상기
는 상기 중계국에서 상기 허가 목적국까지의 채널 정보값을 나타내는 것을 특징으로 하는 중계기 선택 방법.