KR20140011961A - 무선 통신 시스템의 협력 통신 방법 - Google Patents

Abstract

무선 통신 시스템의 협력 통신 방법이 개시된다. 송신 장치에서 수행되는 협력 통신 방법은 송신 장치가 단말의 위치 및 각 중계 장치의 신호 전달 지연 시간을 고려하여 적어도 하나의 중계 장치를 포함하는 적어도 하나의 신호 전송 경로를 결정하고, 결정된 적어도 하나의 신호 전송 경로를 이용하여 단말에 신호를 전송한다. 따라서, 서로 다른 경로를 통해 전송되는 신호들은 CP(Cyclic Prefix) 구간 내에 모두 도착하여 단말에서 정상적인 복조를 수행함으로써 수신 신호의 품질 및 데이터 전송률을 향상시킬 수 있다.

Description

무선 통신 시스템의 협력 통신 방법{METHOD FOR COOPERATIVE COMMUNICATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEMS}

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서 다중 빔을 이용한 협력 통신 방법에 관한 것이다.

현재 이동통신 시스템은 데이터 전송률이 초고속화되는 방향으로 발전하고 있다. 그러나, 이동통신 시스템에서 소정 기지국의 서비스 영역에 위치하는 단말은 한정된 자원을 이용하여 서비스를 제공 받기 때문에 서비스 품질 및 서비스 용량의 증대에 한계가 있다. 즉, 기지국은 한정된 무선 자원을 이용하여 서비스 영역내에 위치하는 여러 단말을 지원해야 하므로 무선 자원을 각 단말에게 분할하여 할당하고, 각 단말은 자신에게 할당된 자원을 이용하여 서비스를 제공 받게 되어 데이터 전송 속도 및 서비스 품질의 향상에 한계가 있다.

한편, 4세대 이동통신 시스템인 3GPP(3rd Generation Partnership Project) LTE(Long Term Evolution)-Advanced 시스템은 서비스 용량 증대를 위해 협력 다중 포인트(CoMP: Coordinated MultiPoint, 이하, 'CoMP'라 지칭함) 송수신 방법에 대한 표준화를 추진하고 있다.

CoMP 송수신 방법은 두 개 이상의 포인트(사이트, 셀, 기지국, 분산안테나 등)와 하나 이상의 단말간의 송수신 동작을 나타내는 것으로, CoMP 송수신 방법은 하향링크 CoMP 전송과 상향링크 CoMP 수신 동작으로 구분할 수 있다.

상향링크 CoMP 수신은 소정 단말이 서로 지리적으로 떨어진 복수의 포인트들로 신호를 전송하고, 복수의 포인트들에서는 단말로부터 수신된 신호를 공동 수신(joint reception)하는 방법이다. 상향링크 CoMP 수신에서 단말은 어떤 네트워크 노드로부터 신호가 전송되었는지 또는 수신된 신호에 어떠한 처리가 이루어졌는지에 대해 인지할 필요가 없으며, 상향링크 전송과 관련되어 어떤 하향링크 시그널링이 제공되는지에 대해서만 알면 된다. 따라서, 상향링크 CoMP 수신은 무선 인터페이스의 규격에 큰 변화 없이 도입될 수 있다.

하향링크 CoMP 전송은 서로 지리적으로 떨어진 복수의 포인트들이 서로 협업적으로 하나 이상의 단말로 신호를 전송하는 방법이다. 하향링크 CoMP 전송은 공동 처리(JP: Joint Processing) 및 협력 빔포밍/협력 스케줄링(CB/CS: Coordinated Beamforming/Coordinated Scheduling)으로 구분할 수 있고, 공동 처리 방식(JP)은 다시 멀티 포인트(multiple points)에서 데이터 전송을 동시에 수행하는 공동 전송(JT: Joint Transmission)과, 하나의 포인트(one point)에서 데이터 전송을 수행하고, 데이터를 전송하는 포인트를 동적으로 선택하는 동적 포인트 선택(DPS: Dynamic Point Selection)으로 구분할 수 있다.

공동 처리(JP) CoMP 전송의 경우, 단말은 복수의 전송 포인트로부터 전송된 데이터를 수신하여 처리할 수 있어야 하며, 단말이 복수의 전송 포인트로부터 전송된 데이터를 처리할 수 있는 경우 서비스 용량을 증대시킬 수 있다.

협력 빔포밍/협력 스케줄링(CB/CS) 방법은 특정 순간에 서빙 포인트(serving point)에서만 데이터를 단말에 전송하는 방법으로, 전송 포인트간 간섭을 회피하는 수동적인 방법이기 때문에 현저한 용량 증대 효과를 기대할 수 없다.

또한, LTE-Advanced 시스템의 한계를 넘어서는 데이터 처리 용량이 필요한 경우, OFDM 심볼에 삽입되는 사이클릭 프리픽스(CP: Cyclic Prefix)의 길이를 현재보다 감소시키는 방법(예를 들면, CP의 길이를 기존 길이의 1/10로 감소시킴)을 이용하여 데이터 처리 용량을 향상시킬 수 있다. 그러나, 이와 같이 CP의 길이를 감소시키는 경우, OFDM 부반송파 사이의 직교성을 유지하기 위해서는 서로 다른 경로를 거친 신호들이 감소된 CP 길이 내에 수신 장치에 도착해야 하나, 이를 만족시기키 어려운 문제점이 있다.

한편, 기지국의 서비스 영역(coverage)을 확장하기 위해 중계 노드를 이용하는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 이 경우에는 단말이 복수의 중계 노드를 거쳐 수신한 신호를 정상적으로 복조하기 위해 각 중계 노드의 위치 및 처리 지연 시간을 고려하여 데이터를 전송하는 방법이 요구된다.

상기한 바와 같은 단점을 극복하기 위한 본 발명의 목적은 중계 장치를 이용한 협력 통신 환경에서 단말의 수신 신호 품질 또는 데이터 전송 속도를 향상시킬 수 있는 무선 통신 시스템에서 다중 빔을 이용한 협력 통신 방법을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선 통신 시스템에서 다중 빔을 이용한 협력 통신 방법은, 송신 장치에서 수행되는 협력 통신 방법에 있어서, 단말의 위치 및 각 중계 장치의 신호 전달 지연 시간을 고려하여 적어도 하나의 중계 장치를 포함하는 적어도 하나의 신호 전송 경로를 결정하는 단계 및 상기 결정된 적어도 하나의 신호 전송 경로를 이용하여 단말에 신호를 전송하는 단계를 포함한다.

상술한 바와 같은 무선 통신 시스템에서 다중 빔을 이용한 협력 통신 방법에 따르면, 기지국이 단말의 위치 및/또는 적어도 하나의 중계 노드의 서비스 반경 및 처리 지연 시간을 고려하여 다중 경로를 설정한 후, 설정된 다중 경로로 신호를 전송한다. 또한, 기지국은 다중 경로를 통해 전송하는 신호가 CP 구간 내에 단말에 도착할 수 있도록 전송 경로의 전파 지연 시간 및 다중 경로에 포함되는 적어도 하나의 중계 장치의 처리 지연 시간을 고려하여 신호 전송 시점을 결정한다.

따라서, 다중 경로를 통해 전송된 신호들이 CP 구간 내에 단말에 도착할 수 있고, 이에 따라 단말은 수신한 신호들을 정상적으로 복조할 수 있게 되어 수신 신호의 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 기지국이 다중 경로를 통해 서로 다른 데이터를 전송하는 경우 데이터 전송률을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 OFDM을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수신 신호의 타이밍을 설명하기 위한 개념도이다.
도2는 공간 다중화를 이용하여 전송된 신호를 수신하는 수신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 송신 다이버시티를 이용하여 전송된 신호를 수신하는 수신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 통신 환경을 설명하기 위한 개념도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 통신 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 협력 통신 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 통신 방법을 설명하기 위한 개념도이다.

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: Mobile Station), 이동 단말(MT: Mobile Terminal), 사용자 단말, 사용자 장비(UE: User Equipment), 사용자 터미널(UT: User Terminal), 무선 터미널, 액세스 터미널(AT), 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 용어들로 지칭될 수 있다.

또한, 본 출원에서 사용하는 '기지국'은 일반적으로 단말과 통신하는 고정된 지점을 말하며, 베이스 스테이션(Base Station), 노드-B(Node-B), e노드-B(eNode-B), BTS(Base Transceiver System), 액세스 포인트(Access Point), 포인트 등 다른 용어로 불릴 수 있다.

또한, 본 출원에서 사용하는 '중계 장치'는 중계 노드, 릴레이 노드(relay node), 중계기, 중계 포인트, 포인트, RRH(Remote Radio Head), RRU(Remote Radio Unit), 사이트, 분산 안테나 등으로 불릴 수 있고, 기지국과 광섬유, 마이크로웨이브 등의 매체를 통해 연결되어 기지국과 정보를 주고 받을 수 있는 송수신 장치를 의미한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 무선 통신 시스템의 협력 통신 방법은 기지국이 복수의 빔을 이용하여 서비스를 제공하며 각각의 빔은 미리 설정된 영역을 서비스할 수 있도록 구성되는 무선통신 환경에서, 기지국 및 적어도 하나의 중계 장치가 서로 협력하여 동일한 데이터를 전송함으로써 단말의 데이터 수신 품질을 향상시키거나, 기지국 및 적어도 하나의 중계 장치가 서로 다른 데이터를 단말에 전송함으로써 데이터 전송률을 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다.

LTE 및 LTE-Advanced 시스템과 같이 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex) 방식을 사용하는 시스템에서는 시간적으로 신호가 퍼지는 채널의 경우(즉, 주파수 선택적 채널의 경우) 부반송파간의 직교성이 손실될 수 있다. 따라서, OFDM 신호를 무선 채널에서 시간적인 신호의 퍼짐에 민감하지 않도록 하기 위해 사이클릭 프리픽스(Cyclic Prefix, 이하, 'CP'라 약칭함)를 OFDM 심볼에 삽입한다. CP 삽입은 OFDM 심볼의 마지막 부분을 복사하여 OFDM 심복의 시작 부분에 삽입하는 것을 의미한다. 따라서, 기지국에서 전송된 신호가 서로 다른 경로를 거치더라도 CP 구간 이내에만 수신 장치에 도착하면 OFDM 신호의 부반송파간 직교성이 보호될 수 있기 때문에 수신 장치는 수신한 신호를 정상적으로 복조할 수 있다.

도 1은 OFDM을 사용하는 무선 통신 시스템에서 수신 신호의 타이밍을 설명하기 위한 개념도로서, 서로 다른 송신 장치가 각각 서로 다른 빔을 통해 단말에 데이터를 전송하는 경우의 수신 신호의 타이밍을 예를 들어 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 제1 송신 장치(110) 및 제2 송신 장치(130)가 각각 제1 빔(111) 및 제2 빔(131)을 이용하여 시간 t에서 단말에 동일한 데이터를 전송하는 경우, 제1 송신 장치(110) 및 제2 송신 장치(130)에서 각각 전송한 데이터는 서로 다른 전송 경로를 통해 수신 장치(150)에 도착하게 된다. 이 때, 제1 송신 장치(110)에서 전송한 데이터가 무선 구간의 전파지연 시간이 지난 후 수신 장치(150)에 도달하고, 제2 송신 장치(130)에서 전송한 데이터가 제1 송신 장치(110)에서 전송한 데이터의 CP 구간 이내에 수신 장치(150)에 도달하는 경우, 수신 장치(150)는 제1 송신 장치(110) 및 제2 송신 장치(130)로부터 수신한 데이터를 정상적으로 복조할 수 있게 된다.

도 1에 도시한 바와 같이 서로 다른 전송 경로를 통해 전송된 데이터의 도착 지연 시간이 CP 구간 내에 포함되도록 하기 위해서는 데이터 전송 시점을 조절하는 것이 필요하다. 또한, 데이터가 중계 장치를 경유하는 경우에는 중계 장치에서 수신한 데이터를 처리하고 중계하는데 소요되는 시간인 처리 지연 시간도 고려해야 한다.

LTE 및 LTE-Advanced 시스템의 경우 CP는 일반(normal) CP와 확장(extended) CP의 두 가지 CP 길이를 정의하고 있으며, 일반 CP는 약 4.7us이고, 확장 CP는 약 16.7us의 시간 길이를 가진다. 이와 같은 CP의 길이는 일반적인 무선 통신 시스템에서 서로 다른 전송 경로를 통해 전송되는 신호의 전송 지연 시간 차이로 인한 OFDM 신호의 직교성이 손상되는 것을 방지하기에 충분한 시간이다.

그러나, 무선 통신 시스템에서 요구되는 전송 용량이 점점 커지면서 기존의 무선 통신 시스템보다 효율적인 주파수 대역이나 주파수 대역폭 또는 프레임 구조를 개선하고자 하는 노력이 진행되고 있다.

예컨대, 주파수 확보를 위해 점점 더 높은 주파수 대역을 사용하게 되면서 주변 환경에 따른 다중 경로 지연(multi-path delay)이 감소하고, 서브캐리어 스페이싱(subcarrier spacing)은 늘어나고 있으며, 사용하고자 하는 시스템의 프레임 구조에서 하나의 OFDM 심볼의 길이가 짧아지고 있다. 한편, OFDM 심볼의 길이가 짧아짐에 따라 OFDM 심볼에 삽입되는 CP 길이 또한 기존 시스템에 비해 현저히 짧아지게 되는 문제가 있다. 이와 같이 CP의 길이가 짧아지는 경우에도 수신 장치가 수신한 신호를 정상적으로 복조하기 위해서는 서로 다른 경로를 통해 수신 장치에 도착하는 데이터들이 짧아진 CP 구간 내에 도착해야만 하나 CP 구간이 짧아질수록 이와 같은 요구를 만족시키는 어려워지게 된다.

본 발명은 기지국이 다중 빔을 이용하여 서비스를 제공하고 각 빔이 동일한 데이터 또는 서로 다른 데이터를 전송할 수 있는 무선 통신 환경에서, CP의 길이에 상관없이 수신한 데이터를 정상적으로 복조할 수 있는 협력 통신 방법을 제공한다.

도 2는 공간 다중화를 이용하여 전송된 신호를 수신하는 수신 장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 복수의 송신 장치에서 서로 다른 빔을 통해 서로 다른 데이터를 전송하는 경우의 수신 장치의 복조 구조를 예시한 것이다. 여기서, 송신 장치는 예를 들어 기지국 또는 적어도 하나의 중계 장치가 될 수 있고, 수신 장치는 단말이 될 수 있다.

도 2에서는 제1 송신 장치(110)가 제1 빔(111)을 통해 전송한 데이터와 제2 송신 장치(130)가 제2 빔(131)을 통해 송신한 데이터를 수신하여 처리하는 수신 장치(200)의 구성을 예를 들어 도시하였다.

도2를 참조하면, 수신 장치(200)는 복수의 안테나(210), 복수의 OFDM 복조부(220), 제1 채널 측정부(221), 제2 채널 측정부(222), 제1 빔포밍 수신부(231), 제2 빔포밍 수신부(232), 간섭 제거부(240) 및 복호부(250)를 포함할 수 있다.

각 OFDM 복조부(220)는 연결된 해당 안테나(210)를 통해 수신한 신호에 대해 OFDM 복조를 수행한 후, 복조된 데이터를 제1 빔포밍 수신부(231) 및 제2 빔포밍 수신부(232)에 제공한다.

제1 채널 측정부(221)는 복수의 안테나(210)를 통해 수신한 신호들에 기초하여 제1 송신 장치(110)와 수신 장치(200) 사이의 채널을 측정하여 채널 측정 결과를 제1 빔포밍 수신부(231)에 제공한다.

제2 채널 측정부(222)는 복수의 안테나(210)를 통해 수신한 신호들에 기초하여 제2 송신 장치(130)와 수신 장치(200) 사이의 채널을 측정하여 채널 측정 결과를 제2 빔포밍 수신부(232)에 제공한다.

여기서, 제1 채널 측정부(221) 및 제2 채널 측정부(222)는 각각 미리 정의된 채널 측정용 기준 심볼(Reference Symbol)에 기초하여 채널 상태를 측정할 수 있다.

제1 빔포밍 수신부(231)는 복수의 OFDM 복조부(220)들로부터 제공된 복조 데이터들에 대해, 제1 채널 측정부(221)로부터 제공된 채널 측정 결과에 기초하여 제1 송신 장치(110)로부터 제1 빔(111)을 통해 전송된 데이터를 구분한 후, 구분된 데이터를 간섭 제거부(240)로 제공한다.

제2 빔포밍 수신부(232)는 복수의 OFDM 복조부(220)들로부터 제공된 복조 데이터들에 대해, 제2 채널 측정부(222)로부터 제공된 채널 측정 결과에 기초하여 제2 송신 장치(130)로부터 제2 빔(131)을 통해 전송된 데이터를 구분한 후, 구분된 데이터를 간섭 제거부(240)로 제공한다.

간섭 제거부(240)는 제1 빔포밍 수신부(231) 및 제2 빔포밍 수신부(232)로부터 제공된 데이터들과 복호부(250)로부터 제공된 복호된 데이터에 기초하여 연속 간섭 제거(SIC: Successive Interference Cancellation)를 수행함으로써 공간적으로 다중화된 데이터들간의 간섭을 제거한 후, 복호부(250)에 제공한다. 여기서, 간섭 제거부(240)는 MMSE(Minimum Mean Square Error) 기반의 연속 간섭 제거 방법을 사용할 수 있다.

복호부(250)는 간섭 제거부(240)로부터 제공된 데이터를 복호하여 제1 송신 장치(110)로부터 제1 빔(111)을 통해 전송된 제1 전송 블록(261)(Transport Block)과 제2 송신 장치(130)로부터 제2 빔(131)을 통해 전송된 제2 전송 블록(262)(Transport Block)을 출력한다.

도 3은 송신 다이버시티를 이용하여 전송된 신호를 수신하는 수신 장치의 구성을 나타내는 블록도로서, 복수의 송신 장치 또는 하나의 송신 장치에서 서로 다른 빔을 통해 동일한 데이터를 전송하는 경우의 수신 장치의 복조 구조를 예시한 것이다. 여기서, 송신 장치는 예를 들어 기지국 또는 적어도 하나의 중계 장치가 될 수 있고, 수신 장치는 단말이 될 수 있다.

도 3을 참조하면, 수신 장치(300)는 복수의 안테나(310), 복수의 OFDM 복조부(320), 채널 측정부(330), 컴바이닝부(340) 및 복호부(350)를 포함할 수 있다.

각 OFDM 복조부(320)는 연결된 해당 안테나(310)를 통해 수신한 신호에 대해 OFDM 복조를 수행한 후, 복조된 데이터를 컴바이닝부(340)에 제공한다.

채널 측정부(330)는 복수의 안테나(310)를 통해 수신한 신호들에 기초하여 송신 장치들과 수신 장치(300) 사이의 채널을 측정하여 채널 측정 결과를 컴바이닝부(340)에 제공한다. 채널 측정부(330)는 각각 미리 정의된 채널 측정용 기준 심볼(Reference Symbol)에 기초하여 채널 상태를 측정할 수 있다.

컴바이닝부(340)는 복수의 OFDM 복조부(320)로부터 각각 제공된 복조된 데이터들에 대해, 채널 측정부(330)로부터 제공된 채널 측정 결과에 기초하여 컴바이닝을 수행한 후, 복호부(350)에 제공한다. 여기서, 컴바이닝부(340)는 제공된 데이터들에 대해 MRC(Maximum Ratio Combining) 기법을 이용할 수 있다. 또는, 복수의 송신 장치들이 SFBC(Space Frequency Block Coding) 또는 STBC(Space Time Block Coding)를 이용하여 신호를 전송하는 경우에는 SFBC 디코딩 또는 STBC 디코딩을 수행할 수 있다.

복호부(350)는 컴바이닝부(340)로부터 제공된 데이터에 대한 복호를 수행하여 전송 블록(360)을 출력한다.

한편, 수신 장치가 서로 다른 복수의 경로를 통해 신호를 수신하는 경우, 동시에 서로 다른 주파수 자원을 할당하거나, 시간적 지연을 이용하여 신호를 전송함으로써 수신 신호의 간섭을 최소화 할 수 있다. 그러나, 이와 같은 방법은 자원 사용 효율이 낮은 단점이 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템의 협력 통신 방법에서는 복수의 송신 장치들이 서로 동일한 자원을 사용하여 수신 장치에 데이터를 전송함으로써 복조 성능을 향상시키거나, 복수의 송신 장치들이 서로 다른 데이터를 하나의 단말에 전송함으로써 데이터 전송률을 향상시킬 수 있는 방법을 제공한다.

기지국과 적어도 하나의 중계 장치가 협력하여 신호를 전송하는 무선 통신 환경에서, 기지국이 전송하는 신호는 적어도 하나의 중계 장치를 경유하여 단말에 전송될 수 있다. 여기서, 중계 장치는 신호를 수신하고 수신한 신호를 증폭하여 다시 전송하도록 구성될 수도 있고, 별도의 스케줄러를 구비하여 스케줄러가 수신한 신호에 기초하여 새로운 신호를 생성한 후 전송하도록 구성될 수도 있다. 또한, 중계 장치를 이용하여 신호를 전송하는 경우, 각 중계 장치에서 수신한 신호를 중계하기 위해서는 처리 시간이 필요하다.

따라서, 기지국으로부터 전송된 신호가 중계 장치를 거쳐 단말에 전송되는 경우, 각 전송 경로의 지연 시간이 각각 다를 수 있고, 이로 인하여 서로 다른 복수의 전송 경로를 통과한 신호가 CP 구간 내에 수신 장치에 도착하지 못할 수 있다. 특히, CP 구간이 짧은 경우에는 이와 같은 현상이 발생할 확률이 증가한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 협력 통신 방법에서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 각 중계 장치의 처리 지연 시간 및 전송 지연 시간을 고려하여 각 중계 장치가 중계한 신호를 수신한 시점을 기준으로 미리 설정된 일정 시간 후에 신호를 전송하는 방법을 이용한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 통신 환경을 설명하기 위한 개념도로서, 단말이 최대 1개의 중계 장치를 경유하여 신호를 수신하는 4 가지 경우를 예를 들어 도시하였다.

도 4를 참조하면, 첫 번째 경우(1)는 기지국(410)이 특정 빔(Beam1, Beam3)을 통해 전송하는 신호와 상기 특정 빔(Beam1, Beam3)의 영역 내에 위치하는 중계 장치(411, 413)가 형성하는 빔을 통해 전송하는 신호를 단말(415, 417)이 수신하는 경우이다.

두 번째 경우(2)는 기지국(410)이 형성하는 특정 빔(Beam3)의 영역내에 위치하는 두 개의 중계 장치(421, 423)가 각각 형성한 빔을 통해 단말(425)이 신호를 수신하는 경우이다.

세 번째 경우(3)는 단말(431)이 기지국(410)이 형성하는 제1 빔(Beam1)을 통해 전송하는 신호와, 기지국(410)이 형성하는 빔들 중 상기 제1 빔(Beam1)과 다른 제2 빔(Beam2)의 영역 내에 위치하는 중계 장치(433)가 형성하는 빔을 통해 전송하는 신호를 수신하는 경우이다.

네 번째 경우(4)는 기지국(410)이 형성하는 서로 다른 두 빔(Beam1, Beam2) 영역에 각각 위치하는 두 개의 중계 장치(441, 443)가 각각 형성한 빔을 통해 단말(445)이 신호를 수신하는 경우이다.

상기한 네 가지 경우 모두에서, 단말은 기지국과 중계 장치 또는 두 개의 중계 장치로부터 전송된 신호를 수신하여 처리해야 한다. 이 때, 서로 다른 전송 경로를 통해 단말에 전송되는 신호들은 모두 CP 구간 내에 단말에 도착되어야 한다.

본 발명에서는 서로 다른 경로를 경유하여 단말에 전송되는 신호들의 최종 지연 시간의 차가 CP 구간에 포함되도록 하기 위해 중계 장치의 서비스 영역 크기를 조정한다. 즉, 중계 장치의 서비스 영역의 반경 r을 수학식 1을 만족하도록 설정한다.

중계 장치의 서비스 영역의 반경이 수학식 1을 만족하도록 중계 장치가 구성되는 경우, 단말이 기지국 또는 다른 중계 장치로부터 수신한 신호와 상기 중계 장치를 통해 수신한 신호의 지연 시간의 차는 CP 구간 보다 작게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 통신 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 도 4에 도시한 세 번째 경우의 협력 통신 환경에서 단말에서 수신하는 신호들의 도착 시점을 예시한 것이다.

도5를 참조하면, 기지국(510)이 제1 빔(511) 및 제2 빔(513)을 이용하여 시간 t에서 동시에 신호를 전송하는 경우, 제1 빔(511)의 영역에 위치하는 단말(520)은 제1 빔(511)을 통해 기지국(510)으로부터 신호를 직접적으로 수신한다. 한편, 기지국(510)으로부터 제2 빔(513)을 통해 전송된 신호는 제2 빔(513)의 영역에 위치하는 중계 장치(530)의 중계를 통하여 단말(520)에 전송된다. 여기서, 중계 장치(530)는 별도의 빔을 형성하여 단말(520)에 신호를 중계할 수 있다. 즉, 단말(520)은 기지국(510)과의 직접적으로 형성된 제1 경로(path1) 및 중계 장치(530)를 경유하는 제2 경로(path2)를 통해 신호를 수신한다.

제1 경로(path1)를 통해 기지국(510)으로부터 전송되는 신호는, 기지국(510)과 단말(520) 사이의 거리에 상응하는 전파 지연 시간(예를 들면, 3.3us)이 지난 후 단말(520)에 도착하게 된다.

한편, 단말(520)이 제2 경로(path2)를 통해 수신한 신호는 중계 장치(530)를 경유하기 때문에 기지국(510)으로부터 신호가 전송된 시점 t로부터 기지국(510)과 중계 장치(530) 사이의 거리에 상응하는 전파 지연 시간과 중계 장치(530)에서 단말(520) 사이의 거리에 상응하는 전파 지연 시간 및 중계 장치(530)에서 중계를 위한 처리 지연 시간(N)을 모두 합한 시간이 지난 후 단말(520)에 도착하게 된다.

이 때, 주변 환경에 따른 다중 경로 페이딩(multi path fading)이 아주 작고, 중계 장치(530)가 수신한 신호가 처리 지연 시간(N)이 지난 후 단말(520)에 전송되는 경우, 제2 경로(path2)를 통해 전송되는 신호는 하나의 OFDM 심볼을 기준 단위로 고려할 때 그 시작점이 CP 구간 내에 포함되도록 단말(520)에 도착한다. 여기서, 중계 장치(530)의 반경은 상술한 바와 같이 수학식 1을 만족하도록 CP의 길이를 고려하여 구성된다.

한편, 제1 경로(path1) 및 제2 경로(path2)를 통해 전송된 신호들은 중계 장치(530)의 처리 시간 N 만큼의 차이를 가지고 단말(520)에 도착하게 되며, 이와 같이 서로 다른 경로를 통해 도착하는 신호들간의 차이를 고려하여 기지국(510)은 신호 전송 시간을 결정할 수 있다.

예를 들어, 제1 경로(path1) 및 제2 경로(path2)를 통해 각각 전송되는 신호들이 단말(520)에 동시에 도착하도록 하기 위해(또는 CP 구간 내에 도착하도록 하기 위해), 기지국(510)은 제2 경로(path2)를 통해 신호를 먼저 전송한 후, 중계 장치(530)의 처리 지연 시간 N이 지난 후 제1 경로(path1)를 통해 동일한 신호를 전송함으로써 단말(520)에 제1 경로(path1) 및 제2 경로(path2)를 통해 전송한 신호들이 동시에 도착하도록 구성할 수 있다. 여기서, 시간 N은 LTE 또는 LTE-Advanced 시스템과 같이 신호를 TTI(Transmission Time Interval) 단위로 전송하는 시스템의 경우에는 N TTI를 의미할 수 있고, TTI의 단위는 미리 정의된 일정 시간(예를 들면, 1ms)으로 구성될 수 있다.

또한, 중계 장치(530)는 기지국(510)으로부터 수신한 신호를 단말(520)로 중계할 때 중계 장치(530)와 단말(520) 사이의 거리에 상응하는 전파 지연 시간을 고려하여 신호의 중계 시점을 고려할 수 있다.

예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이 중계 장치(530)와 단말(520) 사이의 거리에 따른 전파 지연 시간이360ns 인 경우, 중계 장치(530)는 기지국(510)이 시간 t에 전송한 신호를3.3us가 지난 후인 t+3.3us에 수신하고, 수신한 신호의 처리에 따른 처리 지연 시간 N이 지난 t+N+1 시점보다 α(예를 들면, α=360ns)만큼 이른 시점에 신호를 단말(520)에 전송할 수 있다.

상기한 바와 같이 전송 경로의 전파 경로 지연 시간을 고려하여 전송 시점을 결정하는 경우, 기지국(510)은 두 개의 경로 중 더 긴 전파 지연 시간을 가지는 경로를 구성하는 최종 중계 장치(530)에 단말(520)로 송신 시점(또는 중계 시점)을 앞당길 수 있도록 시그널링을 제공할 수 있고, 최종 중계 장치(530)는 기지국(510)으로부터 수신한 전송 시점 정보에 기초하여 신호의 송신 시점을 전파 지연 시간(예를 들면, N TTI-α) 만큼 빠르게 함으로써 단말(520)이 모든 경로를 통해 수신한 신호가 CP 구간 내에 포함될 확률을 높일 수 있다.

도 6는 본 발명의 다른 실시예에 따른 협력 통신 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 단말(640)이 기지국(610)의 서로 다른 빔 영역에 각각 위치한 제1 중계 장치(620) 및 제2 중계 장치(630)를 통해 신호를 수신하는 경우를 예를 들어 도시한 것이다.

도 6에 도시한 바와 같이 제1 중계 장치(620) 및 제2 중계 장치(630)가 기지국(610)의 제1 빔(611) 영역 및 제2 빔(613) 영역에 각각 위치하고, 단말(640)이 제1 중계 장치(620) 및 제2 중계 장치(630)의 서비스 영역의 경계 지역에 위치하는 경우, 단말(640)은 제1 중계 장치(620)를 포함하는 제1 경로 및 제2 중계 장치(630)를 포함하는 제2 경로를 통해 신호를 수신할 수 있다.

도 6을 참조하면, 기지국(610)에서 전송된 신호는 먼저 제1 경로상에 위치한 제1 중계 장치(620)와 제2 경로상에 위치한 제2 중계 장치(630)에 도착한 후, 제1 중계 장치(620) 및 제2 중계 장치(630)에서 각각 신호의 중계를 위한 처리 지연 시간(N) 만큼 지연된 후CP 구간 내에 단말(640)에 도착한다.

여기서, 단말(640)은 제1 중계 장치(620)의 서비스 영역 및 제2 중계 장치(630)의 서비스 영역에 위치하므로, 제1 경로 및 제2 경로의 시간 지연 차는 CP 구간 내에 포함된다.

제1 중계 장치(620)를 경유하는 제1 경로의 총 지연 시간을 T1a+T1b라 하고, 제2 중계 장치(630)를 경유하는 제2 경로의 총 지연 시간을 T2a+T2b라 하면, 수학식 2에 나타낸 바와 같이 제1 경로와 제2 경로의 지연 시간의 차가 2×T_R(여기서, T_R은 중계 거리 R에 상응하는 전파 지연 시간을 의미함)이내인 경우, 제1 경로 및 제2 경로를 통해 전송된 신호는 CP 구간 내에 단말(640)에 도착하게 된다.

한편, 기지국으로부터 전송된 신호를 중계하는 중계 장치가 2개 이상인 경우에는 중계 장치들간의 지연 시간이 더 추가되어 도 6에 도시한 바와 같이 서로 다른 경로를 통해 전송되는 신호를 단말이 CP 구간 내에 수신할 수 없을 수도 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 협력 통신 방법을 설명하기 위한 개념도로서, 단말이 서로 다른 두 개의 경로를 통해 신호를 수신하되, 각 경로가 두 개의 중계 장치로 구성된 경우를 예를 들어 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 기지국(710)으로부터 제1 빔(711)을 통해 전송된 신호는 제1 빔(711)의 영역내에 위치하는 제1 중계 장치(721)가 수신하여 제2 중계 장치(723)로 전송하고, 제2 중계 장치(723)는 제1 중계 장치(721)로부터 수신한 신호를 단말(750)로 전송한다.

또한, 기지국(710)으로부터 제2 빔(713)을 통해 전송된 신호는 제2 빔(713)의 영역내에 위치하는 제3 중계 장치(731)가 수신하여 제4 중계 장치(733)로 전송하고, 제4 중계 장치(733)는 제3 중계 장치(731)로부터 수신한 신호를 단말(750)로 전송한다.

즉, 단말(750)은 기지국(710)으로부터 제1 중계 장치(721) 및 제2 중계 장치(723)를 경유하는 제1 경로와, 기지국(710)으로부터 제3 중계 장치(731) 및 제4 중계 장치(733)를 경유하는 제2 경로를 통해 신호를 수신한다. 여기서, 제1 경로 및 제2 경로를 통해 전송되는 신호는 동일한 데이터가 전송될 수도 있고, 서로 다른 데이터가 전송될 수도 있다.

도7에 도시한 바와 같이, 기지국(710)으로부터 단말(750)까지의 각 경로가 2개의 중계 장치를 포함하는 경우에는 단말(750)이 수신하는 신호들이 CP 구간 내에 포함되지 않을 수 있으므로, 기지국(710)은 경로 설정시 각 경로에 포함되는 최종 중계 장치까지의 거리를 고려하여 단말(750)로의 다중 경로를 설정해야 한다.

도 7에 도시한 바와 같은 협력 통신 환경에서, 기지국(710)에서 단말(750)까지의 제1 경로 및 제2 경로가 수학식 3을 만족하는 경우 제1 경로 및 제2 경로를 통해 전송되는 신호들이 단말(750)에 도착하는 시간은 CP 구간 내에 포함된다.

따라서, 기지국(710)은 각 경로에 포함되는 중계 장치들의 거리 정보를 이용하여 각 경로의 최종 지연 시간을 고려하여 단말(750)에 신호를 중계할 중계 장치들을 선택하는 방법으로 다중 경로를 설정한다. 여기서, 단말(750)의 입장에서 고려할 때, 신호가 중계되는 최대 거리가 R인 경우 각 경로의 거리의 차가 R이내이면 단말(750)에서 수신된 신호는 CP 구간 내에 포함될 수 있다.

상술한 바와 같이 기지국이 다중 경로를 이용하여 신호를 전송하기 위해서는 단말에 상응하는 중계 장치 또는 단말 또는 해당 중계 장치로 신호를 전송하기 위해 이용할 빔을 선택해야 한다. 이를 위해 기지국은 단말의 위치 정보를 이용하여 기지국으로부터 중계 장치 또는 단말까지의 경로를 설정하는 방법을 이용할 수도 있고, 단말이 사운딩(sounding) 신호 등으로부터 획득한 주변 기지국 또는 주변 중계 장치의 정보나 기지국의 빔 정보를 기지국으로 전송하고, 기지국이 단말로부터 수신한 주변 기지국의 정보, 주변 중계 장치 정보 또는 기지국의 빔정보에 기초하여 전송 경로를 설정할 수도 있다.

한편, 단말이 기지국에 데이터 전송을 요청하고, 기지국이 단말로부터 수신한 데이터 전송 요청에 상응하여 다중 빔을 사용하여 데이터를 전송하기로 결정한 경우, 기지국은 제어 신호를 이용하여 다중 빔 전송 정보 및/또는 전송 경로 정보를 단말에 통보할 수 있다. 여기서, 다중 빔 전송 정보 및/또는 전송 경로 정보는 다양한 경로를 통해 단말에 제공될 수 있다. 예를 들어, 기지국은 미리 설정된 주 경로(primary path)를 이용하여 단말에 다중 빔 전송 정보 및/또는 전송 경로 정보를 전송할 수 있다.

기지국이 단말에 대해 다중 경로를 이용하여 데이터를 송신하는 경우, 다중 경로에 포함된 각각의 중계 장치는 다중 경로를 통한 데이터 전송을 지원하기 위해 미리 설정된 전송 시점(또는 중계 시점)에 자신의 스케줄러에 의한 전송을 수행하지 않고, 기지국 또는 다른 중계 장치로부터 수신한 데이터를 전송한다.

즉, 각 중계 장치가 독립적인 스케줄러를 구비하고 있는 경우에도, 다중 경로를 통한 협력 통신 시점에는 다중 경로를 통한 전송을 지원하기 위한 무선 자원을 우선적으로 할당하고, 할당한 무선 자원을 이용하여 신호를 중계함으로써, 단말이 일정 시점에 다중 경로를 통해 신호를 수신할 수 있도록 한다.

한편, 단말은 기지국으로 수신한 다중 빔 전송 정보 및/또는 전송 경로 정보에 기초하여 복수의 빔을 통해 수신한 데이터를 처리한다.

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.

110 : 제1 송신 장치 111 : 제1 빔
130 : 제2 송신 장치 131 : 제2 빔
150 : 단말 200 : 수신 장치
210 : 안테나 220 : OFDM 복조부
221 : 제1 채널 측정부 222 : 제2 채널 측정부
231 : 제1 빔포밍 수신부 232 : 제2 빔포밍 수신부
240 : 간섭 제거부 250 : 복호부
261 : 제1 전송 블록 262 : 제2 전송 블록
300 : 수신 장치 310 : 안테나
320 : OFDM 복조부 330 : 채널 측정부
340 : 컴바이닝부 350 : 복호부
360 : 전송 블록 410 : 기지국
411, 413, 421, 423, 433, 441, 443 : 중계 장치
415, 417, 425, 431, 445 : 단말
510 : 기지국 511 : 제1 빔
513 : 제2 빔 520 : 단말
530 : 중계 장치 610 : 기지국
611 : 제1 빔 613 : 제2 빔
620 : 제1 중계 장치 630 : 제2 중계 장치
640 : 단말 710 : 기지국
711 : 제1 빔 713 : 제2 빔
721 : 제1 중계 장치 723 : 제2 중계 장치
731 : 제3 중계 장치 733 : 제4 중계 장치
750 : 단말

Claims (1)

1. 송신 장치에서 수행되는 협력 통신 방법에 있어서,
   단말의 위치 및 각 중계 장치의 신호 전달 지연 시간을 고려하여 적어도 하나의 중계 장치를 포함하는 적어도 하나의 신호 전송 경로를 결정하는 단계; 및
   상기 결정된 적어도 하나의 신호 전송 경로를 이용하여 단말에 신호를 전송하는 단계를 포함하는 협력 통신 방법.

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