KR20110103852A - 무선 통신 시스템에서 직접 통신 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 직접 통신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 직접 통신 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 양상에 따른 무선 통신 시스템의 제1 단말에서 직접 통신 방법에 있어서, 제1 단말은 기지국으로부터 직접 통신에 할당된 자원에 관한 자원 할당 정보를 수신하고, 상기 할당된 자원을 이용하여 제2 단말과 직접 통신을 수행하고, 상기 할당된 자원은 상기 기지국의 상향링크 자원 영역 및 하향링크 자원 영역 중 하나의 영역에서 정의되고, 상기 직접 통신을 위한 전송 영역과 수신 영역으로 나뉘어 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 직접 통신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF DIRECT COMMUNICATION BETWEEN IN A WIRELESS SYSTEM}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 무선 통신 시스템에서 직접 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
가까운 거리에 있는 단말간의 통신은 일반적으로 개체 대 개체(peer-to-peer) 형태로 정의될 수 있다. 개체 대 개체 통신에서는 통신 주체들간의 임의 접속 방식이 정의되고, 통신 주체들은 규약된 형태로 통신을 수행한다. 그리고, 개체 대 개체 통신에서는 통신 주체가 공중 인터넷망에 연결되어 있는지에 대한 고려가 필요하지 않다.
반면에, 셀룰러(cellular) 네트워크에서의 통신은 반드시 기지국 또는 기지국과 등가의 존재와 단말간의 통신으로 정의되며, 모든 통신의 행위는 기지국 또는 기지국과 등가의 존재에 의해 제어된다. 예를 들어, 기지국이 단말의 데이터 전송 파워 등 단말의 모든 행동을 제어한다. 즉, 셀룰러 네트워크는 모든 단말의 동작을 일정한 규칙에 의거하여 제약함으로써 최대의 쓰루풋(throughput)을 얻는 구조이다. 그런데, 이러한 규칙은 어플리케이션(application) 또는 단말의 채널 환경에 따라 비효율적일 수 있다. 예를 들어, 단말의 채널 환경이 취약할 때, 새로운 접속 경로를 찾아서 최적의 통신 경로를 사용하는 것에 대해서 제약을 가하는 형태이다.
도 1은 셀룰러 네트워크의 예를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 단말 1은 단말 2와의 통신을 기지국에게 요청한다. 요청을 받은 기지국은 단말 1 및 단말 2에게 상향링크 자원 및 하향링크 자원을 할당한다. 이후, 단말 1 및 단말 2 각각은 기지국과 통신을 수행하며, 기지국을 거쳐서 서로간 통신을 수행할 수 있다. 도 1에서, 단말 1과 단말 2의 기지국과의 통신 시간, 순서, 상향링크 및 하향링크 등은 편의상 간략히 나타낸 것으로, 기지국의 스케줄링, 각 단말의 상태, 각 단말의 전송량 등에 따라 달라질 수 있다. 도 1의 프로시져는 편의상 간략히 나타낸 것으로, 추가적인 제어 정보, 측정 정보 등의 신호들이 단말과 기지국 간에 송수신될 수 있다.
도 1과 같은 기존 통신 시스템에서는 단말들간의 통신은 항상 기지국을 경유하여 이루어진다.
일반적으로 전송 중에 발생되는 경로손실(path loss) 또는 전파손실(propagation loss)은 거리가 길어질수록 더 커지며, 이를 보상하기 위해서 송신기는 신호를 더 큰 파워로 전송해야 한다. 따라서, 특정 단말이 기지국보다 가까이 있거나 채널 상태가 좋은 단말과의 통신이 필요할 경우에도, 기지국을 거쳐 통신하기 위해서 큰 파워를 사용하여 신호를 전송해야 하는 경우가 발생한다. 이는 단말의의 밧데리 소모를 증가시키며, 기지국 입장에서도 단순 포워딩 형태의 불필요한 송수신을 수행하게 된다. 3GPP LTE 및 IEEE P802.16m 등의 무선 통신 시스템에서는 최대 100km 셀 반경을 가지는 셀까지 고려하고 있기 때문에, 이러한 문제는 더욱 더 심각하다. 또한, 이전 통신 시스템은 쓰루풋에 초점을 맞추어 발전되어 온 반면에, 앞으로는 에너지 관점이 점점 중요해지고 있다. 특히, 기계대기계 (machine-2-machine, M2M) 또는 기계타입(machine type) 통신이 발전할수록 에너지를 효율적으로 이용하는 것이 보다 중요해질 것이다.
위에서 설명한 바와 같이, 종래 기술에 따른 무선 통신 시스템은 근거리에 있는 단말간 통신에서 전력을 많이 소비하고, 기지국의 불필요한 동작을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 저전력으로 효율적으로 통신을 가능하게 하는 직접 통신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 일 양상에 따른 무선 통신 시스템의 제1 단말에서 직접 통신 방법에 있어서, 제1 단말은 기지국으로부터 직접 통신에 할당된 자원에 관한 자원 할당 정보를 수신하고, 상기 할당된 자원을 이용하여 제2 단말과 직접 통신을 수행하고, 상기 할당된 자원은 상기 기지국의 상향링크 자원 영역 및 하향링크 자원 영역 중 하나의 영역에서 정의되고, 상기 직접 통신을 위한 전송 영역과 수신 영역으로 나뉘어 있다.
이때, 상기 할당된 자원은 상기 기지국과 제3 단말간의 통신에 재사용될 수 있다.
또한, 상기 할당된 자원은 제3 단말과 제4 단말간의 직접 통신에 재사용될 수 있다.
또한, 상기 제1 단말은 이웃 단말들에 대한 채널 품질 측정을 수행하고, 상기 측정의 결과를 상기 기지국에게 전송하고, 상기 기지국으로부터 상기 측정 정보를 이용하여 결정된 상기 제1 단말과 직접 통신을 수행할 상기 제2 단말에 대한 정보를 수신할 수 있다.
또한, 상기 제1 단말은 상기 기지국으로부터 상기 이웃 단말들의 리스트를 수신할 수 있다.
또한, 상기 제1 단말은 주변 단말들에게 자신의 존재를 알리기 위한 제1 채널을 전송하고, 상기 제2 단말로부터 상기 제1 채널에 대한 응답으로 제2 채널을 수신할 수 있다.
또한, 상기 제1 단말은 상기 기지국에게 직접 통신 요청을 전송할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 다른 양상에 따른 무선 통신 시스템의 기지국에서 직접 통신 지원 방법에 있어서, 기지국은 상향링크 자원 영역 및 하향링크 자원 영역 중 하나의 영역에서 직접 통신에 사용될 자원 영역을 정의하고, 상기 정의된 자원 영역을 상기 직접 통신을 위한 전송 영역과 수신 영역으로 나누어 상기 직접 통신을 위해 할당된 자원을 결정하고, 상기 할당된 자원에 관한 자원 할당 정보를 제1 단말에게 전송한다.
상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 양상에 따른 무선 통신 시스템의 제1 단말은 기지국으로부터 직접 통신에 할당된 자원에 관한 자원 할당 정보를 수신하는 수신 모듈 및 상기 할당된 자원을 이용하여 제2 단말과 직접 통신을 수행하는 프로세서를 포함하고, 상기 할당된 자원은 상기 기지국의 상향링크 자원 영역 및 하향링크 자원 영역 중 하나의 영역에서 정의되고, 상기 직접 통신을 위한 전송 영역과 수신 영역으로 나뉘어 있다.
상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 양상에 따른 무선 통신 시스템의 기지국은 상향링크 자원 영역 및 하향링크 자원 영역 중 하나의 영역에서 직접 통신에 사용될 자원 영역을 정의하고, 상기 정의된 자원 영역을 상기 직접 통신을 위한 전송 영역과 수신 영역으로 나누어 상기 직접 통신을 위해 할당된 자원을 결정하는 프로세서 및 상기 할당된 자원에 관한 자원 할당 정보를 제1 단말에게 전송하는 전송모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 저전력으로 효율적으로 직접 통신을 수행할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 셀룰러 네트워크의 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 통신 방법과 직접 통신 방법의 차이점을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직접 통신 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 자원 재사용을 나타낸 도면이다.
도 5는 직접 통신을 위한 자원 할당의 일례를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 이동단말 및 기지국의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 예를 들어, 이하의 상세한 설명은 이동통신 시스템이 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 시스템인 경우를 가정하여 구체적으로 설명하나, IEEE 802.16 시스템의 특유한 사항을 제외하고는 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution) 시스템 등 다른 임의의 이동통신 시스템에도 적용 가능하다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하여 설명한다.
아울러, 이하의 설명에 있어서 단말은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), AMS(Advanced Mobile Station) 등 이동 또는 고정형의 사용자단 기기를 통칭하는 것을 가정한다. 또한, 기지국은 NB(Node B), eNB(eNode B), BS(Base Station), ABS (Advanced Base Station) 등 단말과 통신하는 네트워크 단의 임의의 노드를 통칭하는 것을 가정한다.
먼저, 종래 기술에 따른 통신 방법과 본 발명의 실시예에 따른 직접 통신 방법의 차이점을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 종래 기술에 따른 통신 방법과 직접 통신 방법의 차이점을 나타낸 도면이다.
도 2(a)를 보면 종래 기술에 따른 통신 시스템에서는 단말들은 항상 기지국을 통해 통신을 수행한다. 반면, 도 2(b)를 보면, 단말들이 지리적으로 인접한 경우, 단말간 채널 상태가 좋은 경우 등과 같이 단말간의 직접 통신이 가능할 경우에는 단말들에 대한 제어는 여전히 기지국에 의해서 이루어지는 반면, 실제적인 데이터, 데이터에 관련된 제어 정보, 또는 단말 간 네트워크 관리 및 제어 정보는 단말간 직접 통신에 의해서 이루어진다.
즉, 기지국이 통신을 원하는 둘 이상의 단말들간의 직접 링크(direct link)의 설정을 위하여, 기지국이 두 단말 간에 직접 통신을 하도록 지시하고 실제로 일정 자원을 단말간 직접 통신을 위해 할당하고 이를 두 단말에게 알려준다. 또는, 주 단말(primary MS)을 정해서 기지국은 주 단말과만 관련 정보를 주고 받고, 단말들 간의 통신은 주 단말을 통해 이루어질 수도 있다.
단말들은 기지국의 지시하에, 실제 데이터를 기지국을 거치지 않고 직접 주고 받는다. 여기서, 모든 통신이 단말들간 직접 통신에서 이루어질 수도 있으나, 단말간에는 실제 데이터와 그에 연관된 최소한의 제어 정보만이 송수신되고 기지국과의 필요한 제어 정보를 계속 송수신하는 것이 바람직하다. 다시 말해서, 본 발명에서의 단말간에 직접 통신을 수행하도록 하는 것은, 기지국과의 연결 및 통신을 배제하는 것은 아니다. 즉, 직접 통신 요청 및 응답 정보, 스케줄링 정보(자원 할당 정보), 보안 정보 및 단말간 직접 통신을 수행하는데 필요한 정보는 단말간 직접 통신 전에 기지국과 직접 통신을 수행하는 단말 간에 주고 받을 수 있다. 단말간 직접 통신을 수행하는데 필요한 정보는 어떤 직접 통신 방법을 사용할지에 대한 정보, 직접 통신을 규정하는 파라메터를 포함할 수 있다. 직접 통신을 규정하는 파라메터에는 최대 전력(max. power), 커버리지(coverage), 데이터 율(data rate), 변조 및 코딩 방식(modulation and coding scheme, MCS), 다중입출력 방식 및 모드(MIMO scheme/mode), 안테나 구성(antenna configuration), 프레임 구조(Frame Structure), 서브프레임(subframe) 구성 등 전반적인 물리(PHY) 및 맥(MAC) 계층 관련 파라미터 등이 있다. 필요에 따라서는 특정 제어정보들을 단말과 단말의 직접 통신 중에도 기지국과 단말 간에 주고 받을 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 단말간 통신을 예로 들어 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 직접통신을 수행하는 개체는 릴레이 노드와 같은 제어 기능을 수행하는 노드가 포함될 수 있으며, 애드혹(adhoc) 네트워크의 대표성을 갖는 노드들과 같은 일종의 지역 네트워크의 일부가 될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 직접 통신 방법을 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 직접 통신 방법을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 단말 1은 단말 2와의 직접 통신을 기지국에게 요청한다. 도 3에서는 단말이 기지국에게 직접 통신을 요청하는 경우가 예로서 도시되어 있으나, 기지국이 단말에게 직접 통신을 수행할 것을 요청할 수도 있다.
직접 통신 요청을 받은 기지국은 단말 1과 단말 2의 직접 통신을 위한 자원을 할당한다. 이때, 기지국이 단말 2에게 직접 통신에 대한 의사를 물어보고 그 결과를 단말 1에게 응답으로 보내는 과정이 추가될 수도 있다. 그리고, 기지국은 직접 통신에 할당된 자원 영역에 관한 자원 할당 정보를 전송한다. 이때, 기지국은 자원 할당 정보를 단말 1과 단말 2 각각에게 독립적으로 시그널링할 수도 있고, 단말 1과 단말 2에게 공통 시그널링으로 전송할 수도 있다. 자원 할당 정보에 직접 통신에 관한 지시자(indication)가 포함될 수 있으며, 기지국은 기지국이 제어 정보를 전송하기 위한 자원도 할당할 수 있다.
이후, 단말 1과 단말 2는 할당된 자원을 이용하여 불필요한 기지국과의 통신을 최소화하면서 단말들끼리 직접 통신을 수행하는 것이 가능하다. 도 3에서 단말 1과 단말 2의 기지국과의 통신 시간, 통신 순서, 상향링크 및 하향링크의 시간 및 순서, 단말들간의 통신 시간, 통신 순서, 상향링크 및 하향링크의 시간 및 순서 등은 편의상 간략히 나타낸 것으로, 이는 기지국의 스케줄링, 각 단말의 상태, 각 단말의 전송량 등에 의해서 달라질 수 있다. 또한, 상기 프로시져는 편의상 간략히 나타낸 것으로, 추가적인 제어 정보, 측정 정보 등의 신호들이 단말과 기지국 간 및 단말들간에 송수신될 수 있다.
다음으로, 기지국이 직접 통신에 사용될 자원을 할당하는 방법에 대해 도 4 및 5를 참조하여 설명한다.
직접 통신에 사용되는 자원은 기지국과 단말간에 사용되는 대역폭 내에서 정의될 수도 있고, 기지국과 단말간에 사용되는 대역폭과 다른 대역폭에서 정의될 수도 있다. 기지국과 단말간에 사용되는 대역폭을 인밴드(in band)라고 하고, 기지국과 단말간에 사용되는 대역폭과 다른 대역폭을 아웃밴드(out-band)라고 한다. 인밴드는 기지국과 단말간에 사용되는 멀티 캐리어들을 모두 포함한 것을 의미한다. 즉, 특정 멀티캐리어를 직접 통신의 용도로 이용할 수 있다.
직접 통신에 사용되는 자원이 아웃 밴드에서 정의되는 경우, 직접 통신은 기존 시스템을 이용하여 수행될 수도 있고, 다른 시스템을 이용하여 수행될 수도 있다. 예를 들어, 802.16m 단말이 기존 시스템과 다른 중심 주파수에서 802.16m 물리 계층 및 맥 계층을 사용하여 동작할 수도 있고, 802.16m 단말이 기존 시스템과 다른 중심 주파수에서 와이 파이(WiFi), 지그비(Zigbee) 등과 같은 802.16m 이외의 시스템을 사용하여 동작할 수도 있다. 그러나, 아웃 밴드를 이용하는 경우에는 기지국이 아웃 밴드를 효율적으로 제어하는 것이 어렵다.
직접 통신이 인밴드에서 수행되는 경우에는, 기지국의 대역폭 내의 특정 부분을 직접 통신에 할당하는 것이므로, 이를 자원 지역화(resource localization)라고 부를 수 있다. 여기서, 자원 지역화란 직접 통신을 위한 자원의 예비 또는 할당을 의미하는 것으로 연속적인 물리 부반송파(consecutive physical subcarriers)를 의미하지는 않는다. 직접 통신에 할당되는 자원은 연속적인 부반송파(contigous subcarriers)일 수도 있고, 분산된 부반송파(distributed subcarriers)일 수도 있다.
이때, 인밴드를 사용하여 수행되는 직접 통신은 해당 밴드를 이용하는 통신시스템과 동일한 물리 및 맥 계층의 구조를 이용할 수도 있고, 인밴드 직접 통신을 위해 새로운 물리 및 맥 계층의 구조를 정의할 수도 있다. 또는, 와이 파이, 지그비 등과 같은 종래의 이종 시스템의 물리 및 맥 계층의 구조를 재사용(reuse)할 수도 있다. 그리고, 인밴드 직접 통신에서는 기지국이 단말 및 자원들을 보다 효율적으로 제어할 수 있다.
그리고, 직접 통신이 인밴드에서 수행되는 경우에는 자원을 재사용하는 것도 가능하다. 도 4는 자원 재사용을 나타낸 도면이다. 도 4(a)는 동일한 물리 자원이 직접 통신 및 일반 통신에 사용되는 예를 나타낸다. 기지국은 직접 통신을 위해 할당된 자원을 직접 통신을 수행하는 단말들로부터 지리적으로 멀거나, 직접 통신을 수행하는 단말들과 상관관계가 없는 채널을 사용하는 단말을 위해서 재사용할 수 있다. 셀 내 동일한 자원이 중복 사용되어도 서로간의 간섭을 없애거나 최소화할 수 있다. 즉, 일정한 통신 개체의 그룹이 일정한 물리적 또는 논리적 공간에서 특정 자원을 사용하고, 또 다른 개체의 그룹이 해당 자원을 아무런 영향을 받지 않고 재사용하는 상황이다. 이러한 구조가 잘 동작하기 위해서는 그룹간에 상호 작용(간섭, 코디네이션 등)에 대해서 기지국이 관여하거나 통신 개체 그룹간에 협력(cooperation)해야 한다.
도 4는 직접 통신들간에 동일한 물리 자원을 재사용의 예를 나타낸 도면이다. 특정 직접 통신을 위해 할당된 자원은 특정 직접 통신을 수행하는 단말들로부터 지리적으로 멀거나, 상관관계가 없는 채널을 가지는 다른 단말들의 다른 직접 통신을 위해서 재할당될 수 있다. 셀 내 동일한 자원이 중복 사용되어도 서로간의 간섭을 없애거나 최소화할 수 있다. 자원 재사용을 통해 셀은 용량(capacity)의 증가, 쓰루풋(throughput)의 증가와 같은 효과를 얻을 수 있다.
도 5는 직접 통신을 위한 자원 할당의 일례를 나타낸 도면이다.
직접 통신을 위한 자원은 종래 시스템의 자원과 다르게 사용될 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 직접 통신을 위한 자원은 기지국의 상향링크 영역에서만 할당될 수 있다. 그리고, 할당된 자원은 직접 통신을 위한 전송 영역(transmission region)과 수신 영역(receipt region)으로 나뉠 수 있다. 전송 영역은 직접 통신 상향링크(d-uplink)으로, 수신 영역은 직접 통신 하향링크(d-downlink)로 불리울 수도 있다. 또한, OFDMA 파라미터, 프레임 구조, 순환 전치의 길이, 서브프레임의 구성, 파일럿 패턴(pilot pattern), 자원 할당 유닛(unit) 및 방법 등의 전반적인 구조는 기존과 동일하게 사용될 수 있으나, 직접 통신에 최적화되어 새롭게 구성될 수도 있고, 할당된 자원 내에서 CDMA 등 다른 접속 방식(access scheme)을 적용하는 것도 가능하다. 자원 할당 유닛에는 물리적 자원 유닛, 분산된 자원 유닛, 연속적인 자원 유닛 등이 있다.
직접 통신에 사용되는 자원은 인밴드와 아웃밴드의 상황에 따라 달리 설정될 수 있다. 예를 들어, 인밴드의 경우에는 상향링크 자원 또는 하향링크 자원에 직접 통신을 위한 전송 영역 및 수신 영역이 정의될 수 있다. 또한, 전송 영역 및 수신영역은 단말간 통신에서는 같은 자원을 정의하여 사용할 수 있다. 이는 시분할 듀플렉스(time division duplex, TDD)와 주파수 분할 듀플렉스(frequency dicision duplex, FDD)에서 모두 나타날 수 있다.
아웃 밴드에서도 전송 영역 및 수신 영역은 정의되어야 하며, 아웃 밴드에서의 자원도 기지국이 직접 자원을 구조화하여 정의할 수 있다. 이는 직접 통신을 수행하게 될 개체, 혹은 통신 개체 그룹들 간에 서로간의 조율이 필요한 점을 고려하면, 아웃밴드 자원에 대해서 시간, 주파수, 코드 및 다중 입출력 영역에서 분할하여 개체 또는 개체의 그룹에게 사용권을 허가하여, 전체적인 주파수 자원의 활용성을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 TDD의 경우를 예로 들어 설명하였으나, FDD에서도 단말들간 직접 통신의 자원은 기존 시스템의 상향링크, 하향링크와 다를 수 있다.
다음으로, 직접 통신을 수행할 단말을 결정하는 방법을 설명한다.
단말들간의 직접 통신을 구성하기 위해서는 단말은 어느 단말과 통신할지를 결정할 수 있어야 하며, 결과적인 통신망이 주변에 어떤 영향을 줄 수 있는지 파악해야 한다. 즉, 단말은 다른 단말과 직접 통신을 수행하기 위해서 다양한 채널 정보, 전력 정보, 또는 단말의 프로세싱 능력 등 인접 단말 또는 직접 통신의 대상이 되는 단말의 정보를 측정하여 기지국에게 전달할 수 있다. 이 경우, 상대 단말이 직접 통신을 원하는 단말과 독립적인 개체, 즉 다른 소유자에게 소속되거나 제어권이 없는 경우 이와 같이 기지국에게 정보를 전달함으로써, 대상 단말이 될 주변의 단말에 대한 통신 경로를 설정함에 있어서 기지국의 제어를 받음으로써 단말들 사이의 연결에 대하여 보안, 에너지, 서비스 품질(Quality of Service, QoS) 등의 속성의 개선을 얻을 수 있다.
이러한 측정을 위해서 직접 통신을 원하는 단말은 기지국과 대상 단말이 주고 받는 제어정보나 제어신호, 프리앰블(preamble), 비콘(beacon)과 같은 정보를 읽어낼 수 있어야 한다. 이런 기능이 가능하려면, 직접 통신을 원하는 단말은 인접 단말이 될 수 있는 단말들에 대한 정보, 즉 신호를 구분할 수 있는 정보(예를 들어, 단말 ID, 제어 정보의 위치, 할당 정보 등)를 기지국으로부터 획득할 수 있어야 한다. 기지국으로부터 획득이 불가할 경우, 직접 통신을 원하는 단말은 대상 단말에 대한 정보를 사용자의 상호 작용(interaction)을 통해서 수신할 수 있고, 사용자의 상호 작용을 통한 수신도 불가능한 경우에는 단말은 자신에게 수신되는 임의 신호를 분석하여 보고할 수 있다. 사용자의 상호 작용은 대상 단말을 직접 지정하고 통신을 설정하는 보안 과정과 같은 과정을 해결해 줄 수 있으므로 직접 통신을 수행하는데 문제가 되지 않는다. 반면, 직접 통신을 원하는 단말이 주변 단말에 대한 아무런 정보도 알 수 없는 경우(예, 타인의 단말, 긴급상황 같은 경우)에는 단말은 다른 단말의 행동을 예측할 수 있는 신호 구조를 이용할 수 있다. 예를 들어, 임의 접속 채널(random acess channel), 레인징 채널(ranging channel), 사운딩 채널(sounding channel), 주기적 레인징 채널(periodic ranging channel), 각종 제어 채널(control channel), 기준/파일럿(reference/pilot) 채널, 또는 데이터 채널 등 일정한 동작상의 구조를 가지는 채널은 단말이 측정할 수 있는 대상들이다. 이런 채널들을 측정하여 보고할 경우, 단말은 측정 시점(즉, 해당 신호구조가 검출된 서브프레임 및 OFDM 심볼위치, 직접적인 시간 위치 등)과 주파수 자원 위치 등에 대한 정보를 같이 기지국에게 전달하는 것이 필요하다. 이 정보를 통해서 기지국은 대상 단말을 판별하여 통신 설정이 가능하다.
앞서와 달리, 단말이 주변 단말에 대한 측정을 수행하고, 기지국에게 전달하는 방식이 아닌, 단말이 주변 단말과 직접 개시(initiation)하는 채널을 활용할 수도 있다. 즉, 단말이 일정한 채널(즉, 특정 시점에서 단말이 알 수 있는 일정한 신호 구조를 가지고 있어서 측정이 가능한 채널)을 측정하고, 이에 대한 응답신호를 측정한 채널과 같은 채널 또는 피드백(feedback)을 위해 정의된 채널을 통해서 측정된 단말에게 알려주는(indication) 것도 가능하다. 예를 들어, 직접 통신을 지원하는 에어 인터페이스(air interface)는 다른 단말에게 존재를 알리기 위한 채널 및 다른 단말에게 인식(recognition)을 알리기 위한 채널을 제공할 수 있다.
다른 단말에게 존재를 알리기 위한 채널은 사운딩 채널이나 레인징 채널과 같이 임의 단말이 임의 대로 전송할 수 있는 구조를 가진 채널이다. 이 채널에 대한 전송은 직접 통신이 가능한 단말이 신호를 전송하여 주변 단말이 인식을 하도록 하기 위한 채널이다.
다른 단말에게 인식을 알리기 위한 채널은 특정 단말이 다른 단말의 신호를 감지하고 해당 단말과 통신을 원할 때 사용할 수 있는 채널로, 경쟁 기반 채널(contention based channel) 구조를 가질 수 있다. 이 채널은 검출된 신호의 아이덴터티(identity)를 포함하여 전송하는 것이 바람직하다. 만약 같은 채널을 사용하여 인식(recognition)을 전송한다면, 똑같은 신호를 되풀이(replication)해서 전송하는 것이 가능하다. 예를 들어, 프리앰블 시퀀스(preamble sequence)만을 전송하는 채널이라면, 인식(recognition)으로 똑같은 프리앰블을 전송하는 것을 고려할 수 있다.
위에서 설명한 방식으로 직접 통신을 원하는 단말 간에 인지가 확인된 경우, 단말은 기지국에게 직접 통신을 요청을 기존 매크로 셀(macro cell) 또는 기지국 링크(link)를 활용하여 전송할 수 있다. 이 때, 직접 통신에 대한 요구를 할 때, 단말이 가지고 있는 정보를 최대한 활용하여 페어링(pairing)이 올바로 되도록 해야 하며, 이를 위해서 특정 인식 신호에 대한 세부 정보(예, 시간, 주파수, 자원 정보등)를 포함하여 전달하는 것이 바람직하다.
단말들 간의 직접 통신이 수행될 때, 기지국의 입장에서는 실제로 이루어지는 직접 통신에 관한 구체적인 정보(예를 들어, 단말 페어링, 단말들간의 측정 정보 등)는 보고받지 않고, 단지 특정 단말의 직접 통신 요청에 대해 자원만 할당해주는 형태로 직접 통신을 허락해 줄 수도 있다. 이 경우, 직접 통신을 요청한 단말은 기지국이 할당해 준 자원을 이용하여 직접 통신을 수행한 후, 직접 통신이 완료되면 자원을 기지국에게 반납할 수 있다. 직접 통신 요청은 직접 통신을 위한 별도의 레인징(ranging)의 형태일 수도 있고, 직접 통신을 위한 별도의 스케줄링 요청(squeduling request)일 수도 있다.
이와 같이, 단말들간의 직접 통신이 가능하도록 함으로써, 단말의 불필요한 전력 소모를 줄이는 것이 가능하다. 또한, 기지국의 단말들의 데이터를 단순히 수신 및 전달해 주는 역할을 없애거나 줄이는 것이 가능하다.
직접 통신의 설정은 단말이 개시할 수도 있고, 기지국이 개시할 수도 있다. 직접 통신에서 상대 단말의 설정은 여러 가지 방법으로 이루어질 수 있다. 이하에서는 상대 단말의 설정 방법에 대해서 설명한다.
특정 단말이 직접 통신을 요청시 또는 기지국이 특정 단말의 직접을 요청시, 기지국이 상기 특정 단말 주위의 직접 통신이 가능한 단말의 리스트인 직접 통신 단말 리스트(direct communication MS list, DC-MS list)에 대한 정보를 단말에게 알려줄 수 있다. 이때, 상기 DC-MS list는 위치 기반 서비스(location based services LBS), 페이징 그룹(paging group) 등에 기반하여 선택될 수 있다. 이후 과정은 아래에서 설명하는 측정 정보를 수집하는 단계를 따른다.
또는, 특정 DC-MS list 없이 직접 통신이 필요한 단말이 아래에서 설명하는 측정 정보를 수집하는 단계를 바로 따를 수도 있다.
직접 통신을 실행하는 것으로 결정하거나 요청받은 단말은 다음과 같은 여러 가지 방법 중 하나 이상의 방법을 통하여 주위 단말에 대한 측정 정보를 수집하여 기지국에게 전송할 수 있다.
단말은 셀 내 단말들이 기지국으로 전송하는 기준 신호(reference signal), 파일럿, 사운딩 신호 등을 수신 및 검출하여 주위 단말들의 채널 품질(channel quality)을 측정할 수 있다. 이와 같은 정보를 가지고, 채널 상태가 좋은 직접 통신 후보 단말들 또는 측정된 전체 단말들의 채널 품질 정보를 기지국으로 전송한다.
직접 통신을 요청하거나 요청받은 단말은 주변 단말들에게 직접 통신 요청 신호 및 주위 단말과의 채널 추정을 위한 기준 신호, 파일럿 또는 사운딩 신호를 전송한다. 직접 통신 요청과 기준 신호를 동시에 받은 단말은 추정된 데이터 또는채널 품질에 대한 정보를 기지국으로 전송한다.
직접 통신을 요청하거나 요청받은 단말은 기지국으로부터 할당받은 영역을 통해 특정 신호를 전송한다. 매크로 셀 내의 직접 통신이 가능한 단말들은 상기 영역에서 특정 신호를 검출하여 그 전력 또는 품질 등이 특정 수준 이상일 경우, 신호 검출 여부 및 검출값(전력, 품질 등) 중 적어도 하나와 연관된 파라미터를 기지국에게 알려준다. 기지국은 단말들로부터의 보고에 의해 상기 요청한 단말과 직접 통신을 수행할 대상 단말을 결정할 수 있다. 이때, 모든 단말이 특정 신호를 검출할 수도 있고, 특정 그룹에 속한 단말들만이 특정 신호를 검출할 수도 있다. 예를 들어, 특정 그룹에 속하는 단말들은 기지국에 의해 LBS 또는 페이징 그룹 기반으로 직접 통신을 요청한 단말 주위에 위치할 것으로 예상되는 단말들로 선택될 수 있다. 이러한 단말 그룹을 이용하면 단말들의 불필요한 검출을 줄일 수 있다.
직접 통신을 요청하거나 요청받은 단말은 특정 시간 구간 동안 단말들이 기지국으로 전송하는 신호 또는 기지국이 단말들로 전송하는 신호에 대해 단순한 에너지 검출(energy detection)을 수행한다. 이후, 단말은 검출된 에너지량의 순서가 포함된 형태의 정보를 기지국에게 전송한다. 상기 정보를 수신한 기지국은 단말에 의해 검출된 에너지량의 순서를 이용하여 상기 단말로부터 높은 에너지로 신호가 수신될 수 있는 영역을 사용했던 단말들을 알 수 있다. 기지국은 상기 단말들에게 사용되었던 전력 제어 관련 파라미터 및 MCS 레벨를 이용하여, 상기 채널에서의 간섭을 추측하고, 그 간섭을 배제하고도 높은 에너지를 가지고 상기 요청 단말에게 수신될 수 있는 영역을 사용하였던 단말을 직접 통신 대상 단말로 결정하는 것이 가능하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예로서, 위에서 설명한 본 발명의 실시예들이 구현될 수 있는 이동단말 및 기지국의 구성을 나타내는 도면이다.
이동단말(AMS) 및 기지국(ABS)은 정보, 데이터, 신호 및/또는 메시지 등을 송수신할 수 있는 안테나(1000, 1010), 안테나를 제어하여 메시지를 전송하는 전송 모듈(Tx module, 1040, 1050), 안테나를 제어하여 메시지를 수신하는 수신 모듈(Rx module, 1060, 1070), 기지국과의 통신과 관련된 정보 들을 저장하는 메모리(1080, 1090) 및 송신모듈, 수신모듈 및 메모리를 제어하는 프로세서(1020, 1030)를 각각 포함한다. 이때, 기지국은 팸토 기지국 또는 매크로 기지국일 수 있다.
안테나(1000, 1010)는 전송모듈(1040, 1050)에서 생성된 신호를 외부로 전송하거나, 외부로부터 무선 신호를 수신하여 수신모듈(1060, 1070)로 전달하는 기능을 수행한다. 다중 안테나(MIMO) 기능이 지원되는 경우에는 2개 이상의 안테나가 구비될 수 있다.
프로세서(1020, 1030)는 통상적으로 이동단말 또는 기지국의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 프로세서는 상술한 본 발명의 실시예들을 수행하기 위한 제어 기능, 서비스 특성 및 전파 환경에 따른 MAC(Medium Access Control) 프레임 가변 제어 기능, 핸드오버(Hand Over) 기능, 인증 및 암호화 기능 등을 수행할 수 있다. 또한, 프로세서(1020, 1030)는 다양한 메시지들의 암호화를 제어할 수 있는 암호화 모듈 및 다양한 메시지들의 송수신을 제어하는 타이머 모듈을 각각 더 포함할 수 있다.
전송 모듈(1040, 1050)은 프로세서로부터 스케쥴링되어 외부로 전송될 신호 및/또는 데이터에 대하여 소정의 부호화(coding) 및 변조(modulation)를 수행한 후 안테나(1000, 1010)에 전달할 수 있다.
수신모듈(1060, 1070)은 외부에서 안테나(1000, 1010)를 통하여 수신된 무선 신호에 대한 복호(decoding) 및 복조(demodulation)을 수행하여 원본 데이터의 형태로 복원하여 프로세서(1020, 1030)로 전달할 수 있다.
메모리(1080, 1090)는 프로세서의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들(이동국의 경우, 기지국으로부터 할당받은 상향링크 그랜트(UL grant), 시스템 정보, 스테이션 식별자(STID), 플로우 식별자(FID), 동작 시간(Action Time), 영역할당정보 및 프레임 오프셋 정보 등)의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수 있다.
또한, 메모리는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어, SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템의 제1 단말에서 직접 통신 방법에 있어서,
    기지국으로부터 직접 통신에 할당된 자원에 관한 자원 할당 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 할당된 자원을 이용하여 제2 단말과 직접 통신을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 할당된 자원은 상기 기지국의 상향링크 자원 영역 및 하향링크 자원 영역 중 하나의 영역에서 정의되고, 상기 직접 통신을 위한 전송 영역과 수신 영역으로 나뉘어 있는 것을 특징으로 하는 직접 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 할당된 자원은 상기 기지국과 제3 단말간의 통신에 재사용되는 것을 특징으로 하는 직접 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 할당된 자원은 제3 단말과 제4 단말간의 직접 통신에 재사용되는 것을 특징으로 하는 직접 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    이웃 단말들에 대한 채널 품질 측정을 수행하는 단계;
    상기 측정의 결과를 상기 기지국에게 전송하는 단계; 및
    상기 기지국으로부터 상기 측정 정보를 이용하여 결정된 상기 제1 단말과 직접 통신을 수행할 상기 제2 단말에 대한 정보를 수신하는 단계를 더 포함하는 직접 통신 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기지국으로부터 상기 이웃 단말들의 리스트를 수신하는 단계를 더 포함하는 직접 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    주변 단말들에게 자신의 존재를 알리기 위한 제1 채널을 전송하는 단계; 및
    상기 제2 단말로부터 상기 제1 채널에 대한 응답으로 제2 채널을 수신하는 단계를 더 포함하는 직접 통신 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기지국에게 직접 통신 요청을 전송하는 단계를 더 포함하는 직접 통신 방법.
  8. 무선 통신 시스템의 기지국에서 직접 통신 지원 방법에 있어서,
    상향링크 자원 영역 및 하향링크 자원 영역 중 하나의 영역에서 직접 통신에 사용될 자원 영역을 정의하고, 상기 정의된 자원 영역을 상기 직접 통신을 위한 전송 영역과 수신 영역으로 나누어 상기 직접 통신을 위해 할당된 자원을 결정하는 단계; 및
    상기 할당된 자원에 관한 자원 할당 정보를 제1 단말에게 전송하는 단계를 포함하는 직접 통신 지원 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 할당된 자원은 상기 기지국과 제2 단말간의 통신에 재사용되는 것을 특징으로 하는 직접 통신 지원 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 할당된 자원은 제2 단말과 제3 단말간의 직접 통신에 재사용되는 것을 특징으로 하는 직접 통신 지원 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단말로부터 상기 제1 단말의 이웃 단말들에 대한 측정 정보를 수신하는 단계; 및
    상기 측정 정보를 이용하여 상기 제1 단말과 직접 통신을 수행할 제4 단말을 결정하여 상기 제1 단말에게 알려주는 단계를 더 포함하는 직접 통신 지원 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단말에게 상기 이웃 단말들의 리스트를 전송하는 단계를 더 포함하는 직접 통신 지원 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1 단말로부터 주변 단말과 직접적으로 통신할 것을 요청하는 직접 통신 요청 메시지를 수신하는 단계를 더 포함하는 직접 통신 지원 방법.
  14. 무선 통신 시스템의 제1 단말에 있어서,
    기지국으로부터 직접 통신에 할당된 자원에 관한 자원 할당 정보를 수신하는 수신 모듈; 및
    상기 할당된 자원을 이용하여 제2 단말과 직접 통신을 수행하는 프로세서를 포함하고,
    상기 할당된 자원은 상기 기지국의 상향링크 자원 영역 및 하향링크 자원 영역 중 하나의 영역에서 정의되고, 상기 직접 통신을 위한 전송 영역과 수신 영역으로 나뉘어 있는 것을 특징으로 하는 제1 단말.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 할당된 자원은 상기 기지국과 제3 단말간의 통신에 재사용되는 것을 특징으로 하는 제1 단말.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 할당된 자원은 제3 단말과 제4 단말간의 직접 통신에 재사용되는 것을 특징으로 하는 제1 단말.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 기지국에게 직접 통신 요청을 전송하는 전송 모듈을 더 포함하는 제1 단말.
  18. 무선 통신 시스템의 기지국에 있어서,
    상향링크 자원 영역 및 하향링크 자원 영역 중 하나의 영역에서 직접 통신에 사용될 자원 영역을 정의하고, 상기 정의된 자원 영역을 상기 직접 통신을 위한 전송 영역과 수신 영역으로 나누어 상기 직접 통신을 위해 할당된 자원을 결정하는 프로세서; 및
    상기 할당된 자원에 관한 자원 할당 정보를 제1 단말에게 전송하는 전송모듈을 포함하는 기지국.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 할당된 자원은 상기 기지국과 제2 단말간의 통신에 재사용되는 것을 특징으로 하는 기지국.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 할당된 자원은 제2 단말과 제3 단말간의 직접 통신에 재사용되는 것을 특징으로 하는 기지국.
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