KR20140045770A

KR20140045770A - 협력통신 기반의 이동통신 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20140045770A
Application number: KR1020120111941A
Authority: KR
Inventors: 김태준; 김영일; 류원
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2014-04-17
Also published as: KR101693394B1

Abstract

본 발명은 릴레이와 단말 사이의 MCS 레벨이 측정된 시점과 이를 기반으로 AMC가 적용된 시점이 시간상 차이가 있을 때 성능을 저하를 방지하는 협력통신 기반의 이동통신 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템은 기지국, 릴레이 및 단말을 포함한다. 기지국은 릴레이를 거쳐 단말로부터 수신된 채널 정보에 기초하여 릴레이와 단말 사이의 맵(Map) 정보를 결정한다. 수신된 채널 정보는 MCS 레벨에 대한 정보를 포함한다. 그리고 기지국은 MCS 레벨의 상승이 필요한 경우에 상승된 MCS 레벨에 대한 정보를 릴레이로 전달한다. 즉, 기지국은 릴레이로 MCS 레벨 제어 신호를 전달하여 MCS 레벨을 제어할 수 있다. 그리고 기지국은 MCS 레벨을 상승 시킬 경우 발생할 수 있는 데이터 손실을 막기 위해, MCS 레벨이 변경되는 시간 동안 릴레이와 동일한 데이터를 단말로 전송함으로써 매크로다이버시티(Macrodiversity) 이득을 얻을 수 있다.

Description

협력통신 기반의 이동통신 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MOBILE COMMUNICATION BASED ON COOPERATIVE COMMUNICATION}

본 발명은 단말 장치와 기지국 사이에 릴레이가 존재하는 이동 통신망에서 릴레이와 단말 장치 사이의 안정적인 통신품질을 제공하기 위한 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

이동통신 시스템에서 고속의 전송 속도를 유지하고 기지국의 서비스 적용범위(Coverage)를 늘리기 위하여 릴레이(Relay)를 사용하는 방안이 적극적으로 고려되고 있다. 간단한 예로 기지국(Base Station)과 단말 사이의 채널 상태가 열악하여 통신이 원활하지 못한 경우 그 사이에 이동형 릴레이를 배치하여 통신 상황을 개선할 수 있다. 현재의 릴레이는 그 구조 및 운용방식에 따라서 크게 트랜스페어런트(Transparent) 모드와 비트랜스페어런트(Non-transparent) 모드로 나눌 수 있다. 트랜스페어런트 모드의 릴레이의 경우 단말과의 동기를 맞추는데 사용되는 프리앰블(preamble)과 자신의 프레임(frame)에 대한 정보를 전송하지 않는다. 단말은 기지국에서 프리앰블을 수신하여 직접 동기를 맞추게 된다. 그러므로 트랜스페어런트 모드에서는 단말과 기지국 사이의 링크도 형성되어야 한다. 이런 이유로 트랜스페어런트 모드의 경우 서비스 적용범위 확대보다는 기지국과 릴레이의 협력을 통한 전송 속도 향상에 주된 목표를 두고 있다. 반면에 비트랜스페어런트 모드의 경우 릴레이는 단말과의 연결을 위하여 자신의 프리앰블과 프레임 제어(frame control) 정보를 전송한다. 이 경우 단말은 릴레이와 직접 연결되고 기지국에서 송신한 패킷은 릴레이에서 디코딩된 후에 릴레이와 단말 사이의 무선 링크 상황에 맞게 다시 변조 되어서 단말로 전송된다. 이 경우 기지국의 서비스 적용범위 확대에 많이 이용된다.

한편, 적응변조 및 부호화 (Adaptive Modulation and Coding, 이하 AMC라 칭함) 방식은 변조 기법과 채널 부호화 기법을 채널의 상태에 맞게 변화시켜 최적의 전송률을 얻는 방식이다. 이 적응변조 및 부호화 기법은 릴레이를 사용하는 이동통신 시스템에서도 사용되고 있다. 이 AMC 기법이 효율적으로 적용되기 위해서는 우선 채널 상태에 관한 정확한 측정이 이루어져야 하고 이를 바탕으로 무선 자원을 효과적으로 관리하여야 한다. 일반적인 이동통신 시스템에서는 기지국 안의 스케줄러가 무선 자원의 관리를 담당하게 된다. 보통의 이동통신 시스템과 달리 릴레이를 사용하는 이동통신 시스템의 경우 기지국과 릴레이 사이의 채널 상태를 측정하고 무선 자원을 관리해야 할 뿐만 아니라 릴레이와 단말 사이의 채널 상태를 측정하고 무선 자원을 관리해야 한다. 이때 릴레이와 단말 사이의 무선 자원을 누가 관리하는가에 따라서 서로 다른 두 가지의 스케줄링 기법이 존재하게 된다. 그 중에 첫 번째가 중앙집중형 스케줄링 기법(centralized scheduling scheme)으로 이 방식은 기지국이 기지국과 릴레이 사이의 무선 링크뿐만 아니라 릴레이와 단말 사이의 무선 링크까지 무선 자원을 모두 관리하는 기법이다.

두 번째 방식은 분산형 스케줄링 기법 (distributed scheduling scheme)으로 릴레이와 단말 사이의 무선 링크의 자원 관리는 기지국이 아닌 릴레이가 담당하는 기법이다. 이동형 무선 릴레이와 같은 경우 저비용으로 기존의 기지국의 서비스 영역을 확대하기를 원하므로 상대적으로 릴레이의 기능이 단순한 중앙집중형 스케줄링 기법이 선호되고 있다. 중앙집중형 스케줄링 기법을 적용하는 경우 릴레이에 복잡한 스케줄링 기능 블록이 필요하지 않다. 이런 중앙집중형 스케줄링 기법을 적용하는 경우에 발생하는 문제점 중에 하나가 기지국에서 릴레이와 단말 사이 무선 구간에 대한 채널 정보를 신속하게 알기 어렵다는 점이다. 릴레이와 단말 사이의 무선 구간에 대한 채널 정보를 신속하게 알기 어렵기 때문에서 기지국에서 무선 자원을 정확히 관리하기가 쉽지 않고 무엇보다도 릴레이와 단말 사이의 무선 링크에 AMC 기법을 적용하는 경우에 기지국의 스케줄러에서 정확한 변조 및 부호화 방식(modulation and coding scheme, 이하 MCS라 칭함) 레벨(Level)을 결정하기 쉽지 않다. 적절한 MCS 레벨이 측정된 시점과 변경된 MCS 레벨을 기준으로 전송이 이루어지는 시점 사이에 상당한 시간 차이가 발생하게 된다. 이 시간 사이에 릴레이와 단말 사이의 무선 구간의 채널 상황이 안 좋아지는 경우에 변경된 MCS 레벨로 전송이 이루어 지면 전송 실패가 발생할 수 있다. 즉, 중앙집중형 스케줄링 기법에서 AMC 기법을 적용하는 경우 정확한 채널 트래킹(Tracking)에 어려움이 있을 수 있고 이는 성능의 저하로 이어질 수 있다. 그러므로 현재 채널 상황보다 높은 MCS 레벨로 통신이 이루어지는 경우가 종종 발생할 수 있고 이는 전송 실패로 이어지게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비트랜스페어런트 릴레이를 사용하는 이동통신 시스템에서 릴레이와 단말 사이의 무선 자원 관리 기법 중에서 중앙집중형의 스케줄링 기법에서 릴레이와 단말 사이의 MCS 레벨이 측정된 시점과 이를 기반으로 AMC가 적용된 시점이 시간상 차이가 있을 때 성능을 저하를 방지하는 협력통신 기반의 이동통신 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템은 기지국, 릴레이 및 단말을 포함한다. 기지국은 릴레이를 거쳐 단말로부터 수신된 채널 정보에 기초하여 릴레이와 단말 사이의 맵(Map) 정보를 결정한다. 수신된 채널 정보는 MCS 레벨에 대한 정보를 포함한다. 그리고 기지국은 MCS 레벨의 상승이 필요한 경우에 상승된 MCS 레벨에 대한 정보를 릴레이로 전달한다. 즉, 기지국은 릴레이로 MCS 레벨 제어 신호를 전달하여 MCS 레벨을 제어할 수 있다. 그리고 기지국은 MCS 레벨을 상승 시킬 경우 발생할 수 있는 데이터 손실을 막기 위해, MCS 레벨이 변경되는 시간 동안 릴레이와 동일한 데이터를 단말로 전송함으로써 매크로다이버시티(Macrodiversity) 이득을 얻을 수 있다.

릴레이의 릴레이-단말 통신(Relay station Access)부는 릴레이에서 단말로 통신하는데 사용되는 영역이다. 그리고 릴레이-기지국 통신(Relay staion Relay)부는 기지국으로부터 데이터를 수신하는데 사용되는 영역이다. 릴레이는 단말로부터 수신된 MCS 레벨에 대한 정보를 기지국으로 전달한다. 그리고 기지국으로부터 수신된 MCS 레벨 제어 신호에 기초하여 MCS 레벨을 상승한다. MCS 레벨을 높이는 과정에서 발생할 수 있는 잠재적인 전송의 실패를 낮추기 위하여 릴레이는 기지국과 동일한 데이터를 전송한다. 또한 릴레이는 릴레이와 단말 사이의 실질적인 채널 상태를 측정한다. 만약 현재의 채널 상태로 높아진 MCS 레벨을 수용할 수 없는 경우에 즉각적으로 MCS 레벨의 하향 조정을 기지국에 요청한다.

본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 기지국의 협력통신 방법은 먼저 단말에서 측정된 채널 정보를 수신하고, 수신된 채널 정보에 기초하여 MCS 레벨 상승 여부를 판단한다. MCS 레벨 상승이 필요한 경우, 상승된 MCS 레벨에 기초하여 릴레이와 단말 사이의 무선 링크에 대하여 새롭게 스케줄링을 한다. 그리고 새로운 스케줄링에 대한 정보를 포함하는 스케줄링 정보를 릴레이로 전달한다. 다음으로 협력 통신이 가능한지 여부를 판단한다. 협력 통신이 가능한 경우, 기지국은 협력 전송할 데이터를 준비한다. 협력 통신이 가능하다고 판단되면, 기지국은 릴레이와 동일한 데이터를 전송할 준비를 한다. 따라서 제어부는 협력 전송을 시행하는 프레임에서는 릴레이와 동일하게 순열 및 인터리빙을 준비한다.

다음으로 채널 부호화 및 변조를 수행한다. 협력 통신을 수행하기 위해 기지국은 전송할 통신 패킷 또는 데이터를 릴레이 및 단말의 무선 링크에 맞는 MCS 레벨로 채널 부호화 및 변조를 수행하고 그 결과 데이터를 저장한다. 그리고 통신 출력을 조절하고, 협력 전송을 실행한다.

본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 구성과 동작에 따르면, 기지국과 릴레이는 AMC 기법을 적용하여 릴레이와 단말 사이의 무선 링크에서 MCS 레벨의 상승이 필요한 경우에 서로 같은 데이터를 단말로 전송하게 된다. 종래의 릴레이를 포함한 이동 통신 시스템의 경우 AMC 기법을 적용하는 경우 릴레이와 단말 사이의 무선 구간에서 현재 채널 상태에서 수용 가능한 MCS 레벨보다 더 높은 MCS 레벨로 통신이 일어나 전송이 실패로 이어지는 경우가 종종 발생할 수 있다. 이는 최적의 MCS 레벨이 측정된 시점과 이 MCS 레벨이 실제로 적용되는 시점 사이의 시간 차이로 발생하는 것으로 릴레이를 포함한 중앙집중형 스케줄링 시스템에서는 이런 문제가 더욱 빈번하게 발생한다. 본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템에서는 MCS 레벨이 상승하는 경우에 몇 프레임 시간 동안에 릴레이가 기지국의 협력을 받아서 전송을 하게 되므로 전송 실패를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 기지국(100)의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 기지국(100) 및 릴레이(200)가 동일 데이터를 전송하는 프레임을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 기지국의 협력통신 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 릴레이의 협력통신 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예에서의 기능 및 효과를 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 업계의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 명시된 경우에는 명시된 정의에 따르며, 구체적으로 명시하지 않는 경우, 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템은 기지국(100), 릴레이(200) 및 단말(300)을 포함한다.

기지국(100)과 단말(200)은 중간에 위치한 릴레이(200)를 이용하여 상호 간에 통신한다. 하향 링크(Down Link) 통신의 경우 기지국에서 단말(300)로 전송할 패킷을 릴레이(200)에 전송하고, 릴레이(200)는 기지국(100)에서 받은 패킷을 다시 단말(300)로 전송한다. 중앙집중형 스케줄링 모드를 채택하는 경우, 기지국(100)은 릴레이(200)와 단말(300) 사이의 패킷 전송도 스케줄링도 하게 된다. 이 경우 릴레이(200)에서 단말(300)로 프레임을 전송할 때 프레임 내의 어느 위치에서 패킷을 전송해야 하는가와 어떤 MCS 레벨로 패킷을 전송해야 하는지도 모두 기지국이 결정한다.

기지국(100)은 릴레이(200)를 거쳐 단말(300)로부터 수신된 채널 정보에 기초하여 릴레이(200)와 단말(300) 사이의 맵(Map) 정보를 결정한다. 수신된 채널 정보는 MCS 레벨에 대한 정보 및 무선링크 상태에 대한 정보를 포함한다. 그리고 기지국(100)은 MCS 레벨의 상승이 필요한 경우에 상승된 MCS 레벨에 대한 정보를 릴레이(200)로 전달한다. 즉, 기지국(100)은 릴레이(200)로 MCS 레벨 제어 신호를 전달하여 MCS 레벨을 제어할 수 있다. 그리고 상승된 MCS 레벨 값이 적용되는 처음 몇 프레임 구간에 해당하는 시간 동안에 기지국(100)과 릴레이(200)가 같은 데이터를 단말로 방사하여 전송 실패의 가능성을 낮춘다. 다시 말해 기지국(100)은 MCS 레벨을 상승 시킬 경우 발생할 수 있는 데이터 손실을 막기 위해, MCS 레벨이 변경되는 시간 동안 릴레이(200)와 동일한 데이터를 단말(300)로 전송함으로써 매크로다이버시티(Macrodiversity) 이득을 얻을 수 있다. 상술한 내용에 대한 구체적인 설명은 후술하는 도 4에서 설명하도록 한다.

릴레이(200)의 릴레이-단말 통신(Relay station Access, 이하 RA라 칭함)부는 릴레이에서 단말(300)로 통신하는데 사용되는 영역이다. 그리고 릴레이-기지국 통신(Relay station Relay, 이하 RR이라 칭함)부는 기지국(100)으로부터 데이터를 수신하는데 사용되는 영역이다. 즉, BR부와 RR부 사이에서 기지국(100)으로부터 릴레이(200)로 전송된 패킷은 RA부를 통해 단말(300)로 전달된다.

릴레이(200)는 단말(300)로부터 수신된 MCS 레벨에 대한 정보를 기지국(100)으로 전달한다. 그리고 기지국(100)으로부터 수신된 MCS 레벨 제어 신호에 기초하여 MCS 레벨을 상승한다. MCS 레벨을 높이는 과정에서 발생할 수 있는 잠재적인 전송의 실패를 낮추기 위하여 릴레이(200)는 기지국(100)과 동일한 데이터를 전송할 수 있다. 또한 릴레이(200)는 릴레이(200)와 단말(300) 사이의 실질적인 채널 상태를 측정한다. 만약 현재의 채널 상태로 높아진 MCS 레벨을 수용할 수 없는 경우에 즉각적으로 MCS 레벨의 하향 조정을 기지국에 요청한다.

단말(300)은 기지국(100)과 릴레이(200)에서 동시에 동일한 데이터를 수신할 수 있기 때문에, 기지국(100) 또는 릴레이(200) 중에서 어느 하나에서만 데이터를 수신할 때보다 더 나은 채널 상태를 가질 수 있다. 그러나 기지국으로부터의 협력이 없는 경우에도 릴레이만의 전송으로 높아진 MCS 레벨로 통신이 가능한지 판단해야 한다. 따라서 릴레이(200)는 단말(300)에서 전송하는 채널 정보에서 기지국의 협력 전송의 효과를 제외한 순수한 릴레이(200)와 단말(300) 사이의 채널 상태로 정보를 보상해야 한다. 즉, 릴레이(200)와 단말 사이의 채널 상태에 기초하여 기지국(100)은 MCS 레벨 조절 여부를 판단할 수 있다. 그리고 기지국(100)과 릴레이(200)는 시간이 동기화되어 작동한다.

OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)와 같은 통신 시스템에서 기지국(300)의 자원 할당은 시간과 주파수 영역을 논리적으로 구분하여 이루어진다. 그러나 실제로 전송이 이루어지는 경우에는 이렇게 논리적으로 결정된 데이터가 순열(Permutation)을 통하여 흩어진다. 그리고 채널 부호화를 거치는 경우에도 데이터의 인터리빙(Interleaving)이 발생하게 된다. 기지국(100)과 릴레이(200) 사이의 협력 통신이 이루어지기 위해서는 이런 순열 및 인터리빙이 기지국(100)과 릴레이(200)에서 동일하게 이루어져야 한다. 이를 위하여 제어부(130)는 협력 전송을 시행하는 프레임에서는 릴레이(200)와 동일하게 순열 및 인터리빙을 수행한다.

무선 브로드밴드 표준인 IEEE 802.16j에서의 프레임 구조에서 회색의 버스트(Burst)로 표시된 영역에서 데이터가 전송되고, 이 버스트들의 위치를 기술하는 것이 맵(Map) 정보로 DL-MAP, UL-MAP 및 R-MAP이 있다. 중앙집중형 스케줄링 모드에서는 이런 모든 맵 정보를 기지국에서 만들게 된다.

한편, AMC 기법은 채널 상황에 따라서 MCS 레벨을 변경하여 무선 채널 사용의 효율성을 극대화하는 방법이다. 채널 상황이 좋아지면 MCS 레벨을 높여서 고속 통신이 가능하도록 하고 채널 상황이 나빠지면 MCS 레벨을 낮추어서 전송 실패를 방지한다. 릴레이를 이용하는 이동 통신 시스템에서는 단말을 통하여 최적의 MCS 레벨을 측정하고, 측정된 최적의 MCS 레벨 정보가 릴레이로 전달된다. 그리고 다시 이 정보가 기지국으로 전달되고 기지국의 스케줄러가 측정된 MCS 레벨을 바탕으로 릴레이와 단말 사이의 맵 정보를 결정하게 된다. 그러나 단말로부터 좋은 채널 상태가 측정되어서 MCS 레벨을 높이도록 스케줄러가 동작하였지만 릴레이가 실제로 패킷을 프레임에 실어서 전송하는 시점에는 다시 채널 상태가 나빠져서 패킷 전송이 실패할 수 있다. 이 경우 패킷의 재전송이 이루어져야 하고 이는 통신 용량의 감소를 일으키게 된다.

도 2는 본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 기지국(100)의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 기지국(100)은 기지국-단말 통신부(110), 기지국-릴레이 통신부(120), 제어부(130), 출력 제어부(140) 및 MCS부(150)를 포함하고, 타이머부(160)를 더 포함한다.

기지국-단말 통신(Base staion Access, 이하 BA라 칭함)부(110)는 기지국(100)에서 단말(30)로 직접 통신하는데 사용되는 영역이고, 기지국-릴레이 통신(Base station Relay, 이하 BR이라 칭함)부(120)는 기지국(100)에서 릴레이(200)로 데이터 전송에 이용되는 영역이다.

제어부(130)는 기지국-단말 통신부(110) 및 기지국-릴레이 통신부(120)의 통신 상태를 확인하고, 통신 연결을 스케줄링한다. 또한, 기지국-단말 통신부(110) 및 기지국-릴레이 통신부(120)의 비어있는 영역을 검색한다. 그리고 제어부(130)는 새로운 통신 요청이 있을 시 기지국-단말 통신부(110) 및 기지국-릴레이 통신부(120)의 비어있는 영역을 통해 새로운 통신을 연결하고, 비어있는 영역이 없을 시, 통신을 유보시킬 수 있다.

그리고 제어부(130)는 릴레이(200)와 단말(300) 사이의 MCS 레벨을 조절한다. MCS 레벨의 상승이 필요한 경우에 상승된 MCS 레벨에 대한 정보를 기지국에서 릴레이로 전달한다. 상승된 MCS 레벨 값이 적용되는 처음 몇 프레임 구간에 해당하는 시간 동안에 기지국과 릴레이가 같은 데이터를 단말로 전송하여 전송 실패의 가능성을 낮춘다.

출력 제어부(140)는 기지국-단말 통신부(110) 및 기지국-릴레이 통신부(120)의 통신 출력을 감시하고, 통신 출력의 전력을 조절한다. 기지국(100)과 릴레이(200) 또는 단말(300) 사이의 거리가 먼 경우 기지국에서 협력하여 전송하는 전파의 감쇄가 발생한다. 전파의 감쇄에 의해 실질적으로 협력 통신의 효과가 미미하거나 아예 없을 수 있다. 따라서 이러한 경우 출력 제어부(140)는 전송 심볼(symbol) 단위로 전송 신호의 출력을 높일 수 있다.

MCS부(150)는 통신 패킷 또는 데이터를 기지국(100) 및 릴레이(200)의 무선 링크에 맞는 MCS 레벨로 변조한다. 즉, 릴레이(200)로 데이터를 전송하는 동시에 릴레이(200)와 단말(300) 사이의 MCS 레벨과 동일하게 채널 부호화(Channel Coding) 및 변조화(Modulation)를 수행하고 그 결과 데이터를 저장한다.

타이머부(160)는 기지국(100), 릴레이(200) 및 단말(300) 사이의 시간을 동기화한다. 또한 기지국(100)에서 단말로 계속 해서 협력 전송을 하는 경우에 기지국-단말 통신(110) 영역을 통하여 단말(300)로 직접 전송에 사용되는 무선 자원을 지속적으로 점유하므로 타이머부(160)를 통해 일치 시간 후에는 협력 전송을 중지한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 기지국(100) 및 릴레이(200)가 동일 데이터를 전송하는 프레임을 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템은 MCS 레벨을 높이는 경우, 발생할 수 있는 데이터 손실 및 전송의 실패를 막기 위해 기지국(100) 및 릴레이(200)가 동일 데이터를 전송한다. 다시 말하면, MCS 레벨의 상승이 필요한 경우에 상승된 MCS 레벨에 대한 정보를 기지국에서 릴레이로 전달하고, 상승된 MCS 레벨 값이 적용되는 처음 몇 프레임 구간에 해당하는 시간 동안에 기지국과 릴레이가 같은 데이터를 단말로 전송하여 전송 실패의 가능성을 낮춘다.

단말에서 측정된 채널 상태 정보를 바탕으로 기지국(100)의 제어부는 릴레이(200)와 단말(300) 사이의 MCS 레벨을 조정한다. MCS 레벨이 상승하는 경우 프레임 1에서와 같이 기지국(100)은 상승된 MCS 레벨을 할당하고 BR부(120)를 통해 릴레이(200)에 제1 패킷(410)을 전달한다.

프레임 2에서 릴레이(200)는 프레임 1의 BR부(120)로부터 수신한 제1 패킷(410)을 RA부(210)를 통해 단말로 전송한다. 동시에 기지국(100)은 BA부(110)를 통해 단말(300)로 릴레이(200)와 동일한 제1 패킷(410)을 전달한다. 이 때, 기지국(100)은 릴레이(200)가 어느 시점에서 그리고 어느 주파수 대역에서 단말로 전송을 시도하는지 알고 있다. 그러므로 기지국(100)은 릴레이(200)와 동일한 시점과 동일한 주파수 대역에서 같은 데이터를 송신한다. 그리고 기지국(100)은 BR부(120)를 통해 릴레이(200)에 다음 패킷인 제2 패킷(420)을 전달한다.

프레임 3에서 릴레이(200)는 프레임 2의 BR부(120)로부터 수신한 제2 패킷(420)을 RA부(210)를 통해 단말로 전송한다. 동시에 기지국(100)은 BA부(110)를 통해 단말(300)로 릴레이(200)와 동일한 제2 패킷(420)을 전달한다. 그리고 기지국(100)은 BR부(120)를 통해 릴레이(200)에 다음 패킷인 제3 패킷(430)을 전달한다. 미리 설정된 프레임에 따라 기지국(100)과 릴레이(200)가 동시에 동일한 데이터를 전송하는 협력 통신을 수행한다.

BA부(110)와 RA부(210)를 통하여 동시에 같은 데이터가 단말(300)에 전송되므로 단말(300) 입장에서는 더 강한 신호로 데이터를 수신하는 매크로다이버시티 효과를 얻을 수 있다. 그러므로 MCS 레벨에 비하여 채널 상태가 나빠져도 전송 실패의 확률이 감소할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 기지국의 협력통신 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 기지국의 협력통신 방법은 먼저 단말에서 측정된 채널 정보를 수신한다(401). 수신된 채널 정보는 MCS 레벨에 대한 정보를 포함한다. 그리고 수신된 채널 정보에 기초하여 MCS 레벨 상승 여부를 판단한다(402).

MCS 레벨 상승이 필요한 경우, 상승된 MCS 레벨에 기초하여 릴레이와 단말 사이의 무선 링크에 대하여 새롭게 스케줄링을 한다(403). 그리고 새로운 스케줄링에 대한 스케줄링 정보를 릴레이로 전달한다(404). 기지국은 MCS 레벨의 상승이 필요한 경우에 상승된 MCS 레벨에 대한 정보를 릴레이로 전달한다.

다음으로 협력 통신이 가능한지 여부를 판단한다(405). 협력 통신은 기지국과 릴레이가 동시에 동일한 데이터를 전송해야 하기 때문에, 물리적으로 동일한 시간 및 주파수를 가지고 같은 전파를 전송해야 한다. 하지만 기지국과 릴레이에 구비된 BA부나 RA부의 통신 자원은 한정되어 있다. 만약 이미 통신 자원이 많이 할당된 경우에는 BA부와 RA부가 정확히 같은 위치에 자원을 할당하지 못할 수 있다. 따라서 BA부와 RA부가 동일한 시간 및 주파수를 가지는 통신 자원을 할당 가능한지 여부를 통해 협력 통신이 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 협력 통신이 불가능한 경우, 501 단계로 되돌아가 채널 정보를 다시 수신한다.

협력 통신이 가능한 경우, 기지국은 협력 전송할 데이터를 준비한다(406). 협력 통신이 가능하다고 판단되면, 기지국은 릴레이와 동일한 데이터를 전송할 준비를 한다. 실제로 전송이 이루어지는 경우에는 이렇게 논리적으로 결정된 데이터가 순열(Permutation)을 통하여 흩어진다. 그리고 채널 부호화를 거치는 경우에도 데이터의 인터리빙(Interleaving)이 발생하게 된다. 기지국과 릴레이 사이의 협력 통신이 이루어지기 위해서는 이런 순열 및 인터리빙이 기지국과 릴레이에서 동일하게 이루어져야 한다. 따라서 제어부는 협력 전송을 시행하는 프레임에서는 릴레이와 동일하게 순열 및 인터리빙을 준비한다.

다음으로 채널 부호화 및 변조를 수행한다(407). 협력 통신을 수행하기 위해 기지국은 전송할 통신 패킷 또는 데이터를 릴레이 및 단말의 무선 링크에 맞는 MCS 레벨로 채널 부호화 및 변조를 수행하고 그 결과 데이터를 저장한다.

그리고 통신 출력을 조절한다(408). 기지국은 통신 출력을 감시하고, 필요에 따라 통신 출력의 전력을 조절한다. 기지국이 릴레이 또는 단말과 거리가 먼 경우 기지국에서 협력하여 전송하는 전파의 감쇄가 발생한다. 전파의 감쇄에 의해 실질적으로 협력 통신의 효과가 미미하거나 아예 없을 수 있다. 따라서 이러한 경우 전송 심볼 단위로 전송 신호의 출력을 높일 수 있다.

다음으로 협력 전송을 실행한다(409). 기지국과 릴레이가 동일한 시점에서 동일한 데이터를 단말에 전송한다. 상승된 MCS 레벨 값이 적용되는 처음 몇 프레임 구간에 해당하는 시간 동안에 기지국과 릴레이가 같은 데이터를 단말로 방사하여 전송 실패의 가능성을 낮춘다. 다시 말해 기지국은 MCS 레벨을 상승 시킬 경우 발생할 수 있는 데이터 손실을 막기 위해, MCS 레벨이 변경되는 시간 동안 릴레이(200)와 동일한 데이터를 단말로 전송함으로써 매크로다이버시티(Macrodiversity) 이득을 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력통신 기반의 이동통신 시스템의 릴레이의 협력통신 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 동일 데이터에 대한 협력 전송을 실행한다(501). MCS 레벨을 상승 시킬 경우, 발생할 수 있는 전송 실패를 방지하기 위해 릴레이는 기지국과 동일한 데이터를 동일한 타이밍에 단말로 전송하는 협력 전송을 실행한다. 그리고 다음 프레임 전송 여부를 확인한다(502). 전송 실패를 방지하기 위한 협력 전송은 통신 상황이나 시스템에 따라 미리 설정된 최초 몇 프레임동안 수행될 수 있다. 따라서 다음 프레임을 전송할지 여부를 통해 설정된 프레임을 전부 전송했는지를 파악할 수 있다. 미리 설정된 프레임이 남아 있는 경우 해당 프레임의 전송을 계속 수행한다.

만약 미리 설정된 프레임을 전부 전송한 경우, 실질 MCS 레벨을 측정한다(503). 단말은 기지국과 릴레이에서 동시에 동일한 데이터를 전송받으므로 더 좋은 채널 상태를 갖게 된다. 그러나 기지국으로부터의 협력이 없는 경우에도 릴레이만의 전송으로 높아진 MCS 레벨로 통신이 가능한지 여부를 판단해야 한다. 따라서 릴레이는 단말에서 전송하는 채널 정보에서 기지국의 협력 전송의 효과를 제외한 순수한 릴레이와 단말 사이의 채널 상태로 정보를 보상해야 한다. 이를 통해 MCS 유지 여부를 판단한다(504). 만약 현재의 채널 상태로 높아진 MCS 레벨을 수용할 수 있는 경우, 협력 통신을 그대로 종료한다. 만약 현재 채널 상태로 높아진 MCS 레벨을 수용할 수 없는 경우, MCS 레벨의 하향 조정을 기지국에 요청한다(505).

이상 바람직한 실시 예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시 예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

100: 기지국
110: 기지국-단말 통신부
120: 기지국-릴레이 통신부
130: 제어부
140: 출력 제어부
150: MCS부
160: 타이머부
200: 릴레이
300: 단말

Claims

기지국과 단말 사이에 릴레이를 구비한 이동통신 시스템에 있어서,
수신된 채널 정보에 기초하여 MCS 레벨을 제어하기 위한 MCS 제어 신호를 생성하여 전달하고, 상기 릴레이와 동일한 시간에 동일한 데이터를 상기 단말에 전달하는 기지국; 및
상기 단말로부터 수신된 채널 정보를 상기 기지국에 전달하고, 상기 기지국으로부터 수신된 MCS 제어 신호에 기초하여 MCS 레벨을 설정하고, 상기 기지국과 동일한 시간에 동일한 데이터를 상기 단말에 전달하는 릴레이;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 협력통신 기반의 이동통신 시스템.