KR20160092869A - 이동통신시스템에서 상향링크 협력 다중안테나 송수신 방법 및 장치 - Google Patents

이동통신시스템에서 상향링크 협력 다중안테나 송수신 방법 및 장치 Download PDF

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한국전자통신연구원
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Abstract

이동통신시스템의 대상 단말은 제1 상향링크 서브프레임에서 적어도 하나의 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 기지국으로 직접 전송하고, 제2 상향링크 서브프레임에서 적어도 하나의 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 복수의 중계 장치와 협력 MIMO 송수신의 대상이 되는 대상 단말을 제외한 복수의 단말 중에서 선정된 협력 장치로 전송한다. 그리고 협력 장치에 의해서 제3 상향링크 서브프레임에서 적어도 하나의 제2 상향링크 협력 MIMO 신호가 증폭되어 기지국으로 전송된다.

Description

이동통신시스템에서 상향링크 협력 다중안테나 송수신 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR UPLINK COOPERATIVE MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT IN MOBILE COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 이동통신시스템에서 상향링크 협력 다중안테나 송수신 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 단말 또는 중계 장치에 의한 상향링크 협력 다중안테나 송수신 방법에 관한 것이다.
이동통신시스템의 기지국과 단말 사이의 하향 및 상향링크에서 다중 안테나를 사용하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기법은 공간다중화(Spatial Multiplexing)와 공간 다이버시티(Spatial Diversity)에 의해 상/하향링크의 전송 용량과 신호의 품질을 향상시켜왔다. 이러한 MIMO 기법에 의한 성능 향상은 기지국과 단말의 안테나 수, 안테나 사이의 간격과 채널 상관 특성에 의해 제한 받으며, 기지국에 비해 단말은 물리적 크기의 제한에 의해 탑재 가능한 안테나 수와 안테나 사이의 간격이 더욱 제한 받는다.
예로, 기지국이 8개의 안테나를 탑재하고 단말이 2개의 안테나를 탑재한 경우, 하향링크로 최대한 보낼 수 있는 공간다중화 데이터 스트림 수는 2개로 제한된다. 따라서, MIMO 기법의 성능은 단말의 안테나 수와 간격에 제한 받는다고 할 수 있다. 이러한 사용자 단말에 대한 전송 용량과 신호품질을 향상시키기 위해서는 협력통신이 필요하며 지금까지의 이동통신시스템은 기지국간 협력(LTE의 경우 CoMP, Dual connectivity 등)을 다루고 있다.
그러나 기지국간 협력에 의한 방식은 앞에서 언급한 사용자 단말의 제한을 극복할 수는 없으며, 많은 수와 지리적으로 넓게 산재하는 단말간 협력에 의한 협력 통신이 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 다른 단말 또는 중계 장치의 협력에 의해 단말의 안테나 수 이상의 공간 다중화 및 공간 다이버시티를 제공할 수 있는 이동통신시스템에서 상향링크 협력 다중안테나 송수신 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 실시 예에 따르면, 이동통신시스템의 대상 단말에서의 상향링크 협력 다중안테나 송신 방법이 제공된다. 상향링크 협력 다중안테나 송신 방법은 제1 상향링크 서브프레임에서 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 복수의 중계 장치와 협력 MIMO 송수신의 대상이 되는 대상 단말을 제외한 복수의 단말 중에서 선정된 협력 장치로 전송하는 단계, 제2 상향링크 서브프레임에서 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 기지국으로 직접 전송하는 단계, 그리고 상기 협력 장치에 의해서, 제3 상향링크 서브프레임에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호가 증폭되어 상기 기지국으로 전송되는 단계를 포함한다.
상기 협력 장치로 전송하는 단계는 상기 기지국으로부터 상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 계산된 송신 시간 조정 값을 수신하는 단계, 그리고 상향링크 기준 시간으로부터 상기 송신 시간 조정 값만큼 조절된 송신 시간에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 상향링크 서브프레임과 상기 제3 상향링크 서브프레임은 동일한 서브프레임일 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시 예에 따르면, 이동통신시스템의 기지국에서 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법이 제공된다. 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법은 대상 단말로부터 전송된 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 복수의 중계 장치와 복수의 단말 중에서 선정된 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계, 상기 대상 단말로부터 전송된 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 제2 상향링크 서브프레임에서 직접 수신하는 단계, 그리고 상기 협력 장치를 통해서 수신한 제1 상향링크 협력 MIMO 신호와 상기 대상 단말로부터 직접 수신한 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 합성하여 데이터를 복조하는 단계를 포함한다.
상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는 상기 협력 장치가, 제3 상향링크 서브프레임에서 상기 대상 단말로부터 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하는 단계, 그리고 상기 협력 장치가, 제4 상향링크 서브프레임에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는 상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 수신 시간 조정 값을 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 협력 장치가, 상기 제3 상향링크 서브프레임의 시작 시간으로부터 상기 수신 시간 조정 값만큼 조절된 수신 시간에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신할 수 있다.
상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는 상기 제3 상향링크 서브프레임의 위치 및 상기 제4 상향링크 서브프레임의 위치를 상기 협력 장치로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는 상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 송신 시간 조정 값을 계산하는 단계, 그리고 상기 대상 단말이, 제5 상향링크 서브프레임의 시작 시간으로부터 상기 송신 시간 조정 값만큼 조절된 송신 시간에서 상기 협력 장치로 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는 상기 대상 단말이 상기 협력 장치로 전송한 제1 상향링크 협력 MIMO 신호의 수신 전력을 계산하는 단계, 그리고 상기 수신 전력을 토대로 상기 제5 상향링크 서브프레임을 다른 단말의 상향링크 전송에 재사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는 상기 대상 단말이 상기 협력 장치로 전송하한 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 다른 협력 클러스터의 협력 장치에서 수신되는 수신 전력을 계산하는 단계, 그리고 상기 수신 전력을 토대로 상기 제5 상향링크 서브프레임을 상기 다른 협력 클러스터의 상향링크 협력 MIMO 전송을 위해 재사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법은 상기 복수의 중계 장치와 상기 복수의 단말 중에서 선정된 복수의 후보 협력 장치와 상기 대상 단말 사이에서 송수신되는 탐색 레인징 신호로부터 측정된 신호품질정보를 상기 복수의 후보 협력 장치와 상기 대상 단말로부터 각각 수신하는 단계, 그리고 상기 신호품질정보를 토대로 상기 복수의 후보 협력 장치로부터 상기 협력 장치를 선정하여 상기 대상 단말을 위한 협력 클러스터를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법은 상기 데이터의 복조 결과를 토대로 HARQ 응답을 상기 대상 단말로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 실시 예에 따르면, 이동통신시스템에서의 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치가 제공된다. 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치는 프로세서, 그리고 송수신기를 포함한다. 상기 프로세서는 복수의 중계 장치와 복수의 단말 중에서 협력 장치를 선정하여 대상 단말을 위한 협력 클러스터를 형성하고, 상기 대상 단말과 상기 협력 장치로 상향링크 협력 MIMO 전송을 위한 상향링크 무선자원을 할당하며, 상기 협력 장치를 통해 수신한 상기 대상 단말의 제1 상향링크 협력 MIMO 신호와 상기 대상 단말로부터 직접 수신한 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 합성하여 데이터를 복조한다. 그리고 상기 송수신기는 상기 협력 장치로부터 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하고, 상기 대상 단말로부터 상기 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신한다.
상기 프로세서는 상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 수신 시간 조정 값을 계산하고, 상기 협력 장치가, 상향링크 기준 시간에서 상기 수신 시간 조정 값만큼 조절된 수신 시간에서 상기 대상 단말로부터 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 계산된 송신 시간 조정 값을 계산하고, 상기 대상 단말이, 상향링크 기준 시간으로부터 상기 송신 시간 조정 값만큼 조절된 송신 시간에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 상기 협력 장치로 전송할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 협력 단말 또는 협력 중계 장치의 도움에 의해 상향링크에서 대상 단말의 송신 안테나 이상의 공간다중화 또는 공간 다이버시티 다중안테나 전송이 가능하여 사용자 및 셀의 전송 용량과 신호 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 협력 클러스터를 형성하는 절차의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 협력 클러스터를 형성하는 절차의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하향링크 및 상향링크에서의 협력 MIMO 송수신 시간의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 협력 장치와 대상 단말에서의 탐색 레인징 신호의 송신 및 수신의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 협력 MIMO를 위해 사용되는 무선자원의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 협력 MIMO를 위한 상향링크 신호 전송 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 협력 MIMO를 위한 상향링크 신호 전송 방법의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 간섭을 토대로 상향링크 협력 MIMO를 위해 할당된 무선자원을 재사용하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국, 협력 장치 및 대상 단말에서의 하향링크 및 상향링크에서의 송신 및 수신 시간의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 협력 장치에서 대상 단말의 상향링크 협력 MIMO 신호에 대한 수신 시간을 조절하는 방법을 설명한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 대상 단말에서 상향링크 협력 MIMO 신호의 송신 시간을 조절하는 방법을 설명한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 단말(terminal)은 사용자 장비(user equipment, UE), 이동 단말(mobile terminal, MT), 이동국(mobile station, MS), 진보된 이동국(advanced mobile station, AMS), 고신뢰성 이동국(high reliability mobile station, HR-MS), 가입자국(subscriber station, SS), 휴대 가입자국(portable subscriber station, PSS), 접근 단말(access terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, UE, MT, MS, AMS, HR-MS, SS, PSS, AT 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
또한 기지국(base station, BS)은 노드B(node B), 고도화 노드B(evolved node B, eNB), 진보된 기지국(advanced base station, ABS), 고신뢰성 기지국(high reliability base station, HR-BS), 접근점(access point, AP), 무선 접근국(radio access station, RAS), 송수신 기지국(base transceiver station, BTS) 등을 지칭할 수도 있고, 노드B, eNB, BS, ABS, HR-BS AP, RAS, BTS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템에서 상향링크 협력 다중안테나 송수신 방법 및 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신시스템의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 이동통신시스템은 기지국(100), 적어도 하나의 단말(200, 310) 및 적어도 하나의 중계 장치(320)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 단말(200, 310) 중에서 협력 MIMO 송수신의 대상이 되는 단말을 대상 단말(200)이라 명명한다. 대상 단말(200)을 제외한 단말(310) 중에서 대상 단말(200)의 협력 MIMO 송수신을 위해 협력할 단말을 협력 단말(Cooperating MS) (310)이라 명명하고, 적어도 하나의 중계 장치(320) 중에서 대상 단말(200)의 협력 MIMO 송수신을 위해 협력할 중계 장치(320)를 협력 중계 장치(320)라 명명한다. 그리고 협력 단말(310)과 협력 중계 장치(320)를 통칭하여 협력 장치라 명명할 수 있다. 즉 협력 단말(310)과 협력 중계 장치(320)는 대상 단말(200)의 협력 MIMO 송수신을 위해 동일한 기능을 수행하므로, 협력 단말(310)과 협력 중계 장치(320)를 구별할 필요가 없는 경우에는 편의상 협력 장치라는 용어를 사용하기로 한다. 즉 협력 장치는 협력 단말(310)을 의미할 수도 있고 협력 중계 장치(320)를 의미할 수도 있다.
기지국(100)은 협력 MIMO 송수신을 위한 협력 클러스터(400)를 구성한다. 협력 클러스터는 대상 단말(200)을 포함하여 대상 단말(200) 주변의 하나 이상의 협력 단말(310) 또는 협력 중계 장치(320)로 구성되는 논리적인 집합을 의미한다.
협력 단말(310)은 하향링크 협력 MIMO 송신의 경우 기지국(100)의 하향링크 협력 MIMO 신호를 대상 단말(200)에게 무선으로 릴레이 해주는 역할을 하며, 상향링크 협력 MIMO 송신의 경우 대상 단말(200)의 상향링크 협력 MIMO 신호를 기지국(100)에게 무선으로 릴레이 해주는 역할을 하는 단말을 의미한다. 협력 단말(310)은 자신이 대상 단말이 되어 다른 협력 장치의 협력 전송을 제공받을 수 있다.
협력 중계 장치(320)는 단말(200, 310)에게 또는 기지국(100)에게 협력 MIMO 신호를 무선으로 릴레이 해주는 기능을 하는 일종의 중계 장치로, 이동통신시스템의 운용자 또는 사용자에 의해 설치될 수 있다. 협력 중계 장치(320)는 협력 단말(310)과 동일한 기능을 수행할 수 있다.
협력 클러스터(400)는 대상 단말(200)을 기준으로 기지국(100)에 의해 생성된다. 기지국(100)은 하나의 대상 단말(400)에 대해 하향링크 및 상향링크 각각의 협력 클러스터를 생성하거나 상향링크와 하향링크에 대해 동일한 하나의 클러스터를 생성할 수 있다.
협력 단말(310) 또는 협력 중계 장치(320)에 의해 릴레이 되는 신호는 상향링크에서 전송된다. 예를 들어, 협력 단말(310) 또는 협력 중계 장치(320)는 기지국(100)의 하향링크 협력 MIMO 신호를 수신하여 증폭하고, 증폭된 신호를 상향링크에서 전송하는 기능을 가진다.
또한 대상 단말(200) 및 협력 단말(310)은 협력 MIMO 송수신 기능을 위해 본래의 상향링크에서의 전송 기능에 추가적으로 상향링크에서 협력 MIMO 신호를 수신하는 기능을 갖는다.
협력 MIMO 송수신 기능을 가진 대상 단말(200)은 기지국(100)에게 상향링크 신호를 전송하고 상향링크에서 릴레이된 협력 MIMO 신호를 수신하기 위해, 또는 상향링크에서 릴레이된 협력 MIMO 신호를 수신한 후 상향링크 신호를 기지국(100)에게 전송하기 위해 상향링크에서 송수신 스위칭 기능을 갖는다.
하향링크 협력 MIMO 송수신을 위해 협력 클러스터(400)에 속한 협력 단말(310) 또는 협력 중계 장치(320)는 기지국(100)의 하향링크 협력 MIMO 신호를 상향링크에서 대상 단말(200)에게 릴레이하고, 대상 단말(200)은 기지국(100)으로부터 직접 수신하는 하향링크 MIMO 신호와 협력 단말(310) 또는 협력 중계 장치(320)가 상향링크에서 릴레이 한 하향링크 MIMO 신호를 수신하여 합성한다.
상향링크 협력 MIMO 송수신을 위해 협력 클러스터(400)에 속한 협력 단말(310) 또는 협력 중계 장치(320)는 대상 단말(200)의 상향링크 협력 MIMO 신호를 상향링크에서 기지국(100)에게 릴레이한다.
기지국(100)은 대상 단말(200)로부터 직접 수신하는 상향링크 MIMO 신호와 협력 단말(310) 또는 협력 중계 장치(320)가 상향링크에서 릴레이한 상향링크 MIMO 신호를 수신하여 합성한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 협력 클러스터를 형성하는 절차의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참고하면, 기지국(100)은 대상 단말(200)을 위한 후보 협력 장치(300)를 선정한다. 일반적으로 이동통신시스템에서 단말들은 서빙 기지국을 포함한 주변 기지국의 신호수신품질을 측정하고 측정 정보를 측정 보고 메시지를 통해서 서빙 기지국으로 보고한다. 신호수신품질에는 수신신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR: Signal to Interference plus Noise Ratio) 및 신호의 수신강도(RSRP: reference signal received power) 등이 포함될 수 있다.
기지국(100)은 협력 MIMO 송수신 기능을 가진 단말 및/또는 중계 장치에게 단말들이 전송하는 임의접속채널(LTE의 경우 PRACH)의 신호를 검출하도록 측정 구성 메시지를 통하여 지시하고, 검출된 임의접속채널의 신호수신품질을 기지국(100)에게 측정 보고 메시지를 통해 보고하도록 할 수 있다.
기지국(100)은 단말 및 중계 장치들로부터 측정 보고 메시지를 수신한다(S202, S204). 기지국(100)은 측정 보고 메시지의 측정 정보를 토대로 후보 협력 장치(300)를 선정한다.
기지국(100)은 단말 및 중계 장치들이 보고한 여러 기지국들에 대한 신호수신품질을 상호 비교하여 단말 및 중계 장치들이 서로 근접하여 있는가를 판단할 수 있다. 예를 들면, 단말 i와 단말 j의 근접 여부는 수학식 1을 토대로 판단될 수 있다. 예를 들어, 수학식 1을 만족하면 단말 i와 단말 j가 근접해 있다고 판단될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Pi,a 와 Pj,a는 각각 단말 i와 단말j가 기지국 a의 신호에 대해 측정 보고한 신호수신품질이고, T1은 후보 판단을 위한 임계 값이다. A는 측정 보고된 기지국의 집합을 나타낸다.
즉 단말 i와 단말 j가 측정한 주변 기지국들에 대한 수신 신호 강도 차이가 각 기지국에 대해 임계값 이하이면 두 단말이 근접하여 있고 상호 후보 협력 장치가 된다.
또한 이동통신시스템 또는 단말이나 중계 장치들이 별도의 위치 측정 메커니즘을 사용하는 경우, 그 메커니즘을 통하여 얻은 단말이나 중계 장치들의 위치 정보를 기반으로 기지국(100)은 단말이나 중계 장치들의 상호 근접 여부를 판단할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200)과 상호 근접되어 있는 단말 및/또는 중계 장치들을 후보 협력 장치(300)로 선정할 수 있다.
이와 달리, 기지국(100)은 상호 근접 여부의 판단 없이 후보 협력 장치(300)를 선정할 수 있다. 이 경우, 셀 내의 협력 MIMO 송수신 기능을 가진 모든 단말 및 중계 장치들 중에서 별도의 인센티브 메커니즘을 통해 후보 협력 장치(300)를 선정할 수 있다. 인센티브 메커니즘에 의한 후보 협력 장치(300)의 선정에 대해서는 본 발명의 요지에 벗어나므로 생략하기로 한다.
기지국(100)은 대상 단말(200) 또는/및 후보 협력 장치(300)에게 탐색 지시(discovery command) 메시지를 전송하여(S206, S208), 탐색 레인징(discovery ranging) 신호를 전송하도록 지시한다. 탐색 지시(discovery command) 메시지는 탐색 레인징 신호를 전송하는 대상의 식별자, 탐색 레인징 신호를 위한 무선 자원, 전송 시퀀스, 전송 전력, 송신 시간 오프셋을 포함할 수 있다.
탐색 지시 메시지를 수신한 대상 단말(200) 또는/및 후보 협력 장치(300)는 탐색 레인징 신호를 전송한다(S210, S212). 탐색 레인징 신호는 이동통신시스템에서 상향링크 임의접속채널에서 사용하는 임의접속신호와 동일하게 구성될 수 있다. 기지국(100)은 탐색 레인징을 위하여 임의접속채널로 사용되는 일부 또는 전체 무선자원을 탐색 레인징 신호 전송을 위해 사용하도록 한다. 또한 기지국(100)은 탐색 레인징을 위하여 임의접속신호 또는 시퀀스의 일부 또는 전체를 탐색 레인징 신호를 위해 사용하도록 할 수 있다. 기지국(100)은 탐색 지시 메시지를 이용하여 대상 단말(200) 또는 후보 협력 장치(300)에서 탐색 레인징 신호의 전송을 위해서 사용되는 임의접속채널의 무선자원 위치와 임의접속채널의 신호를 지정할 수 있다.
탐색 레인징 신호를 수신한 대상 단말(200) 또는/및 후보 협력 장치(300)는 탐색 레인징 신호의 신호수신품질 및 수신 시간 오프셋을 측정하고, 측정 정보를 탐색 보고(discovery report) 메시지를 통하여 기지국(100)에게 보고한다(S214, S216).
기지국(100)은 탐색 보고 메시지의 측정 정보를 기반으로 대상 단말(200)을 위한 협력 클러스터를 구성하는 하나 이상의 협력 장치를 선정하고 클러스터 구성(cluster configuration) 메시지를 통하여 대상 단말(200) 및/또는 협력 장치(300)에게 클러스터 구성을 알린다(S218, S220). 도 2에서는 후보 협력 장치(300)가 협력 장치(300)로 선정된 일 예를 도시하였다. 클러스터 구성 메시지는 클러스터를 구성하는 대상 단말(200)과 협력 장치(300)들의 식별자, 릴레이의 대상이 되는 하향링크 또는 상향링크에서의 무선자원(예를 들면, 서브프레임), 릴레이 신호를 전송할 상향링크에서의 무선 자원, 릴레이 신호에 대한 송신/수신 시간 오프셋 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200) 또는 후보 협력 장치(300)로부터 보고된 탐색 보고 메시지의 측정 정보를 기반으로 대상 단말(200)을 위한 협력 장치(300)를 선정할 수 있다. 예를 들어, 기지국(100)은 대상 단말 i가 후보 협력 단말 j의 탐색 레인징 신호에 대하여 측정 보고한 신호수신품질 Di,j가 특정 임계값 T2 이상이 되는 경우, 후보 협력 단말 j를 대상 단말 i를 위한 협력 장치(300)로 선정할 수 있다. 기지국(100)은 후보 협력 단말 j가 대상 단말 i의 탐색 레인징 신호에 대하여 측정 보고한 수신 신호품질 Dj,i가 특정 임계값 T2 이상이 되는 경우, 후보 협력 단말 j를 대상 단말 i를 위한 협력 장치(300)로 선정할 수 있다.
기지국(100)은 시간에 따른 무선 채널의 변화와 단말의 이동에 따라 대상 단말(200)을 위한 협력 클러스터를 적절하게 변경하고 해제할 수 있다.
기지국(100)은 주기적 또는 비주기적으로 탐색 지시 메시지를 대상 단말(200) 또는 현재의 클러스터에 속한 협력 장치(300)를 포함한 후보 협력 장치(300)에 전송하여 대상 단말(200) 및/또는 후보 협력 장치(300)가 탐색 레인징 신호를 전송하도록 한다.
탐색 지시 메시지를 수신한 대상 단말(200) 또는/및 후보 협력 장치(300)는 탐색 레인징 신호를 전송한다(S222, S224).
클러스터 생성 과정에서와 마찬가지로 탐색 레인징 신호를 수신한 대상 단말(200) 또는/및 후보 협력 장치(300)는 탐색 레인징 신호의 신호수신품질 및 수신 시간 오프셋을 측정하고, 측정 정보를 탐색 보고 메시지를 통하여 기지국(100)에게 보고한다(S226, S228).
기지국(100)은 탐색 보고 메시지의 측정 정보를 바탕으로 대상 단말(200)을 위한 클러스터를 구성하는 협력 장치를 변경하고, 클러스터의 변경 정보를 대상 단말 또는 삭제되거나 추가되는 협력 장치에게 클러스터 구성 메시지를 통하여 알린다(S230, S232).
기지국(100)은 클러스터에 속하는 협력 장치에 대한 변경이 없더라도, 릴레이 신호의 송수신 타이밍 제어를 위해 클러스터 구성 메시지를 통하여 대상 단말(200) 또는 협력 장치(300)에게 릴레이 신호의 송신/수신 시간 오프셋의 변경을 알릴 수 있다.
기지국(100)은 클러스터 생성 과정에서 클러스터 구성 메시지를 통하여 별도의 탐색 지시 메시지 없이도 대상 단말(200) 또는 협력 장치(300)가 주기적으로 탐색 레인징 신호를 전송하고 수신한 탐색 레인징 신호에 대한 탐색 보고 메시지를 기지국(100)에게 보고하도록 할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200)을 위한 클러스터에 속하는 협력 장치가 하나도 없는 경우에 클러스터 구성 메시지를 통하여 대상 단말(200)과 협력 장치(300)에게 클러스터의 해제를 알린다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 협력 클러스터를 형성하는 절차의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 3을 참고하면, 간략 협력 장치는 운용자 또는 사용자에 의해 미리 설치된 협력 장치로서, 미리 정하여진 상향링크 무선자원에서 미리 정하여진 탐색 레인징 신호를 주기적으로 전송하도록 구성된 협력 장치이다.
기지국(100)은 대상 단말(200)을 포함한 다수의 단말들로부터 측정 보고 메시지를 수신한다(S302). 기지국(100)은 측정 보고 메시지의 측정 정보를 토대로 간략 협력 장치 중에서 후보 간략 협력 장치(300')를 선정한다.
기지국(100)은 대상 단말(200)이 보고한 여러 기지국들에 대한 신호수신품질과 설치된 간략 협력 장치에서 측정한 여러 기지국들에 대한 신호수신품질을 상호 비교하여 대상 단말(200)과 간략 협력 장치들이 서로 근접하여 있는가를 판단할 수 있다.
즉 수학식 1에서 i는 대상 단말(200)이고 j는 간략 협력 장치가 된다. 간략 협력 장치는 미리 고정 되어 설치되는 것이므로 간략 협력 장치는 초기 설치 시에 여러 기지국에 대한 신호수신품질을 측정하도록 할 수 있다.
또한 이동통신시스템 또는 대상 단말(200)이 별도의 위치 측정 메커니즘을 사용하는 경우, 그 메커니즘을 통하여 얻은 대상 단말(200)의 위치 정보와 미리 설치된 간략 협력 장치의 위치 정보를 기반으로 기지국(100)은 대상 단말(200)과 간략 협력 장치들의 상호 근접 여부를 판단할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200)과 간략 협력 장치들의 상호 근접 여부를 이용하여 후보 간략 협력 장치(300')를 선정할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200)을 위한 협력 클러스터를 구성하기 위해 대상 단말(200)에게 탐색 지시 메시지를 전송한다(S304). 탐색 지시 메시지는 후보 간략 협력 장치(300')의 탐색 레인징 신호가 전송되는 무선 자원, 전송 시퀀스, 전송 전력, 송신 시간 오프셋을 포함할 수 있다.
간략 협력 장치(300')는 미리 정하여진 상향링크 무선 자원에서 미리 정하여진 탐색 레인징 신호를 주기적으로 전송한다(S306).
탐색 지시 메시지를 수신한 대상 단말(200)은 간략 협력 장치(300')의 탐색 레인징 신호를 수신하여 신호수신품질 및 수신 시간 오프셋을 측정하고, 탐색 보고 메시지를 통하여 측정 정보를 기지국(100)에게 보고한다(S308).
기지국(100)은 탐색 보고 메시지의 측정 정보를 기반으로 대상 단말(200)을 위한 협력 클러스터를 구성하는 하나 이상의 간략 협력 장치를 선정하고 클러스터 구성 메시지를 통하여 대상 단말(200)에게 클러스터의 구성 정보를 알린다(S310). 클러스터 구성 메시지는 클러스터를 구성하는 협력 장치들의 식별자, 협력 장치의 릴레이 대상이 되는 하향 또는 상향링크의 서브프레임, 릴레이 신호를 전송하는 상향링크 서브 프레임, 릴레이 신호에 대한 송신/수신 시간 오프셋 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 협력 장치들의 식별자로 협력 장치의 구별을 위한 탐색 레인징 신호의 정보가 사용될 수도 있다.
예를 들어, 기지국(100)은 대상 단말 i가 후보 간략 협력 장치 j의 탐색 신호에 대하여 측정 보고한 신호수신품질 Di,j가 특정 임계값 T2 이상이 되는 경우, 후보 간략 협력 장치 j를 대상 단말 i를 위한 간략 협력 장치로 선정할 수 있다.
도 2에서 설명한 바와 마찬가지로, 기지국(100)은 시간에 따른 무선 채널의 변화와 단말의 이동에 따라 대상 단말(200)을 위한 클러스터를 적절하게 변경하고 해제할 필요가 있다.
후보 간략 협력 장치(300')는 미리 정하여진 상향링크 무선 자원에서 미리 정하여진 탐색 레인징 신호를 주기적으로 전송한다(S312).
기지국(100)은 주기적 또는 비주기적으로 탐색 지시 메시지를 대상 단말(200)에게 전달하여, 현재의 협력 클러스터에 속한 간략 협력 장치를 포함하여 후보 간략 협력 장치(300')가 전송하는 탐색 레인징 신호의 수신을 지시한다.
대상 단말(200)은 후보 간략 협력 장치(300')로부터 전송되는 탐색 레인징 신호를 수신하고, 클러스터 생성 과정에서와 마찬가지로 탐색 레인징 신호의 신호수신품질 및 수신 시간 오프셋을 측정하고, 측정 정보를 탐색 보고 메시지를 통하여 기지국(100)에게 보고한다(S314).
기지국(100)은 탐색 보고 메시지의 측정 내용을 바탕으로 대상 단말(200)을 위한 협력 클러스터를 구성하는 간략 협력 장치를 변경하고 협력 클러스터의 변경 정보를 대상 단말(200)에게 클러스터 구성 메시지를 통하여 알린다(S316).
기지국(100)은 협력 클러스터에 속하는 간략 협력 장치(300')에 대한 변경이 없더라도, 릴레이 신호의 수신 시간 제어를 위해 클러스터 구성 메시지를 통하여 대상 단말(200)에게 릴레이 신호의 수신 시간 오프셋의 변경을 알릴 수 있다.
기지국(100)은 클러스터 생성 과정에서 클러스터 구성 메시지를 통하여 별도의 탐색 지시 메시지 없이도 대상 단말(200)이 주변의 간략 협력 장치가 전송하는 탐색 레인징 신호를 주기적으로 수신하고, 측정 정보를 탐색 보고 메시지를 통하여 기지국(100)에게 보고하도록 지시할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200)을 위한 협력 클러스터에 속하는 간략 협력 장치(300')가 하나도 없는 경우에 클러스터 구성 메시지를 통하여 대상 단말(200)에게 클러스터의 해제를 알린다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 하향링크 및 상향링크에서의 협력 MIMO 송수신 시간의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 협력 장치와 대상 단말에서의 탐색 레인징 신호의 송신 및 수신의 일 예를 나타낸 도면이다.
일반적인 이동통신 시스템에서와 마찬가지로 대상 단말(200) 및 후보 협력 장치를 포함한 협력 장치(300)는 기지국(100)과의 하향링크 수신 시간 및 상향링크 송신 시간을 설정한다.
기지국(100)은 기지국(100)에서의 상향링크 수신동기를 위해 협력 장치(300)를 포함한 모든 단말에게 임의 접속 과정에서 송신 시간을 조절하도록 한다.
도 4를 참고하면, 기지국(100)이 TDL,BS 시간(DL timing)을 프레임 시작점으로 전송한 하향링크 신호는 협력 장치(300)에는 TDL,rMS(=TDL,BS+DBS,rMS) 시간에 도착하고, 대상 단말(200)에는 TDL,MS(=TDL,BS+DBS,MS) 시간에 도착한다. DBS,rMS는 기지국(100)과 협력 장치(300) 사이의 전파 지연 시간이고, DBS,MS는 기지국(100)과 대상 단말(200) 사이의 전파 지연 시간이다.
대상 단말(200) 및 협력 장치(300)는 하향링크 수신 시간을 기준으로 상향링크 임의 접속 신호를 전송하고, 기지국(100)은 대상 단말(200) 및 협력 장치(300)가 전송한 상향링크 임의 접속 신호의 수신 시간과 기지국(100)의 상향링크 기준 시간과의 차이를 각각 측정한다. 기지국(100)은 임의접속응답으로 수신 시간 조정을 위한 TA(Timing Advance) 값을 대상 단말(200) 및 협력 장치(300)로 전송한다.
일반적으로 기지국(100)은 대상 단말(200)의 TA 값(TAMS)을 2DBS,MS로 결정하고, 협력 장치(300)의 TA 값(TArMS)을 2DBS,rMS로 결정할 수 있다.
대상 단말(200) 및 협력 장치(300)는 TA 값(TAMS, TArMS)에 따라 상향링크에서 각각 TUL , rMS(=TDL , BS-TArMS )와 TUL , MS(=TDL , BS-TAMS )로 상향링크 전송 시간을 조절한다.
이러한 과정은 일반적인 이동통신시스템에서의 상향링크 동기를 위한 단말에서의 상향링크 송신 시간 조정 과정과 동일하다.
대상 단말(200)이 탐색 레인징 신호를 자신의 상향링크 송신 시간 TRL,MS(= TUL,MS)에 맞추어 전송할 경우 협력 장치(300)에는 TUL,MS+DMS,rMS 시간에 탐색 레인징 신호가 도착한다. DMS,rMS는 대상 단말(200)과 협력 장치(300) 사이의 전파 지연 시간이다. 탐색 레인징 신호에 대한 수신 시간은 협력 장치(300)의 상향링크 시간 TRL,rMS와 ΔTrMS[=TUL , rMS-(TUL , MS+DMS , rMS)=TAMS-TArMS-DMS , rMS]의 시간 차가 존재하고, 도 5와 같이 수신된 탐색 레인징 신호는 협력 장치(300)에서 직전의 상향링크 데이터 서브프레임과 일부분이 겹치게 수신될 수 있다.
또한 협력 장치(300)가 상향링크 임의접속자원을 갖는 서브프레임(RA subframe)의 앞에 있는 데이터 서브프레임에서 기지국(100)으로 상향링크 신호를 전송할 경우, 자신의 상향링크 송신과 탐색 레인징 신호의 수신을 위하여 송신/수신 스위칭 시간이 필요하다. 따라서, 대상 단말(200)이 전송하는 탐색 레인징 신호가 협력 장치(300)의 서브프레임(RA subframe) 내에 수신될 수 있도록, 기지국(100)은 클러스터 구성 메시지를 통하여 탐색 레인징 신호의 송신 시간 오프셋(ΔDMS)을 지시하고, 대상 단말(200)은 탐색 레인징 신호를 송신 시간 오프셋(ΔDMS)을 반영한 TRL,MS(= TUL,MS+ΔDMS)의 시간에서 전송한다. ΔDMS는 기지국(100)과 대상 단말(200) 및 협력 장치(300)들 사이의 전파 지연 시간들에 대한 차이 ΔD와 송수신 스위칭 시간 TSW을 고려한 조정 값으로 기지국(100)에 의해 결정된다.
도 4와 도 5에서는 대상 단말(200)이 탐색 레인징 신호를 전송하는 예로 설명하였으나, 후보 협력 장치(300)가 탐색 레인징 신호를 전송하는 경우도 마찬가지로, 탐색 지시 메시지의 송신 시간 오프셋 값에 따라 자신의 상향링크 송신 시간에 송신 시간 오프셋만큼을 조정한 시간에서 탐색 레인징 신호를 전송한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 협력 MIMO를 위해 사용되는 무선자원의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 6을 참고하면, 대상 단말(200)은 기지국(100)에 의해 할당된 상향링크(UL)의 무선자원 즉, 상향링크 서브프레임(UL TX1)에서 협력 장치(300)로 MIMO 신호를 전송하고, 협력 장치(300)는 기지국(100)에 의해 할당된 상향링크 서브프레임(UL RX1)에서 대상 단말(200)의 상향링크 신호인 MIMO 신호를 수신한다.
대상 단말(200)은 기지국(100)에 의해 할당된 또 다른 상향링크 서브프레임(UL TX2)에서 기지국 기지국(100)에게 MIMO 신호를 전송한다. 협력 장치(300)는 이전에 상향링크 서브프레임(UL RX1)에서 대상 단말(200)로부터 수신한 신호를 증폭하여 기지국(100)에 의해 할당된 상향링크 서브프레임(UL TX1)에서 릴레이한다.
기지국(100)은 대상 단말(200)이 전송한 신호와 협력 장치(300)가 전송한 신호를 각각 상향링크 서브프레임(UL RX1, UL RX2)에서 수신한다. 대상 단말(200)은 협력 장치(300)에 의한 릴레이를 위해 협력 장치(300)로 전송하는 상향링크 신호를 본래 대상 단말(200)이 가지고 있는 안테나 이외에 가상의 추가적인 안테나로 전송하는 신호로 간주하고 MIMO 신호를 생성하여 전송한다. 협력 장치(300)에 의해 릴레이되는 신호와 기지국(100)에 직접 전송한 신호는 대상 단말(200)의 동일한 안테나를 통해 전송되지만, 두 종류의 신호는 서로 다른 물리적 경로와 무선자원을 통하여 전송된 것이다. 따라서 대상 단말(200)은 대상 단말(200)의 송신 안테나 수보다 많은 수의 안테나로 전송할 수 있는 MIMO 신호를 전송할 수 있다.
예를 들면, 대상 단말(200)이 n개의 송신 안테나로 상향링크 신호를 전송하고, (r-1)개의 협력 장치(300)가 상향링크 신호를 릴레이하면, 대상 단말(200)이 (n×r)개의 송신 안테나를 이용하여 신호를 전송하는 것과 동일하다. 따라서 기지국(100)이 m개의 수신 안테나로 상향링크 신호를 검출하는 경우 m≥n×r이면, 기지국(100)은 대상 단말(200)로부터 상향링크에서 최대 (n×r)개의 데이터 스트림 또는 레이어를 수신할 수 있다.
이와 같이, 대상 단말(200)은 협력 장치(300)를 거쳐 추가적인 신호를 송신할 수 있으므로, 대상 단말(200)의 상향링크 전송률은 릴레이에 사용되는 협력 장치(300)의 수와 사용된 무선자원에 비례하여 선형적으로 증가하게 된다.
협력 장치(300)가 릴레이를 위해 사용한 상향링크(UL)의 무선자원은 서로 떨어져 간섭이 적은 다른 협력 클러스터의 릴레이 전송과 다른 단말의 상향링크 전송을 위해 재사용될 수 있다.
따라서, 릴레이를 위한 무선자원의 사용에 의한 셀 용량 감소 없이 대상 단말(200)로부터 증가된 전송 용량의 협력 MIMO 전송이 가능하고 셀의 전송용량은 증가된다.
한편, 도 6에서는 FDD 방식을 기준으로 무선자원을 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 실시 예에 따른 협력 MIMO 전송 방식과 절차는 TDD 방식에서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 협력 MIMO를 위한 상향링크 신호 전송 방법의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참고하면, 상향링크 협력 MIMO 전송은 대상 단말(200)에서 기지국(100)으로 직접 전송되는 상향링크 신호뿐만 아니라 하나 이상의 협력 장치(300)를 통해 릴레이되는 하나 이상의 상향링크 신호를 이용하는 MIMO 송수신을 의미한다. 따라서 기지국(100)이 대상 단말(200)의 적절한 MIMO 전송 방식을 선정하기 위해 기지국(100)은 대상 단말(200)로부터 직접 수신되는 기준 신호뿐만 아니라 협력 장치(300)로부터 릴레이되어 수신되는 대상 단말(200)의 기준 신호를 이용하여 합성된 채널에 대한 채널 상태 정보(channel state information, CSI)를 측정할 필요가 있다.
대상 단말(200)은 클러스터 구성 메시지의 지시 또는 기지국(100)의 하향링크 제어채널의 지시에 따라 상향링크에서 기준 신호 그룹 1(UL RS1)을 협력 장치(300)에게 전송한다(S702).
대상 단말(200)은 클러스터 구성 메시지의 지시 또는 기지국(100)의 하향링크 제어채널의 지시에 따라 기준 신호 그룹 2(UL RS2)를 기지국(100)에 직접 전송한다(S704).
협력 장치(300)는 대상 단말(200)이 전송하는 기준 신호 그룹 1(UL RS1)을 수신하여 증폭하고 상향링크 서브프레임에서 증폭된 기준 신호 그룹 1(UL RS1)을 기지국에게 릴레이한다(S706).
기준 신호 그룹 2(UL RS2)는 대상 단말(200)에서 가상의 추가적인 송신 안테나를 전송하는 신호로서, 기준 신호 그룹 1(UL RS1)과 서로 구별되는 신호이다. 예를 들어, (r-1)개의 협력 장치(300)가 협력하여 상향링크 협력 MIMO 전송을 수행하는 경우, 기준 신호 그룹 1(UL RS1)은 (r-1)개의 협력 장치(300)에 대해 (r-1)개의 서로 다른 상향링크 무선자원을 통해 전송되는 (r-1)개의 서로 다른 기준 신호들로 구성되며, 기준신호 그룹 1(UL RS1)의 각각의 기준 신호들은 대상 단말(200)의 송신 안테나의 전체 또는 일부를 사용하여 전송된다.
기지국(100)은 협력 장치(300)로부터 릴레이되는 대상 단말(200)의 기준 신호 그룹 1(UL RS1)과 대상 단말(200)로부터 직접 전송된 기준 신호 그룹 2(UL RS2)를 수신하고, 수신된 두 기준 신호 그룹(UL RS1, UL RS2)의 합성된 채널에 대한 CSI를 측정한다.
기지국(100)에서의 CSI 측정 방법은 대상 단말(20)이 n개의 송신 안테나로 신호를 송신하고, (r-1)개의 협력 장치가 릴레이 하는 경우 대상 단말(200)이 (n×r)개의 송신 안테나를 사용하는 일반적인 상향링크 MIMO의 CSI 측정 방법과 동일하다. 예를 들면, 대상 단말(200)이 송신 안테나 1과 송신 안테나 2를 사용하고 1개의 협력 장치(300)가 협력할 경우, 기준 신호 그룹 1의 기준 신호 1과 기준 신호 2는 송신 안테나 1과 송신 안테나 2에서 상향링크 무선자원 1에서 전송되고, 기준 신호 그룹 2의 기준 신호 3과 기준 신호 4는 대상 단말(200)의 동일한 송신 안테나 1과 송신 안테나 2를 사용하여 전송되나 가상적인 송신 안테나 3과 송신 안테나 4를 사용하여 전송되는 신호로서 기준 신호 그룹 1과 다른 신호이고 상향링크 무선자원 2에서 전송된다. 협력 장치(300)는 기준 신호 그룹 1을 수신 및 증폭하여 상향링크 무선자원 2에서 기지국(100)에 전송한다. 기지국(100)은 상향링크 무선자원 2에서 기준 신호 그룹 1과 기준 신호 그룹 2를 대상 단말(200)의 송신 안테나 1 내지 송신 안테나 4로부터 전송된 기준 신호로 간주하고 CSI를 측정한다.
협력 장치(300)에 의해 릴레이되는 신호는 기준 신호만을 포함하거나 해당 서브프레임 전체를 포함할 수 있다. 클러스터 구성 메시지의 지시 또는 기지국(100)의 하향링크 제어채널의 지시에 따라 대상 단말(200)은 주기적으로 기준신호를 전송하고 협력 장치(300)는 상향링크에서 주기적으로 대상 단말(200)의 기준 신호를 릴레이할 수 있다.
CSI 측정을 위해 릴레이의 대상이 되는 상향링크 서브프레임은 대상 단말(200)의 데이터를 운반하는 협력 MIMO 신호 전송을 위해 사용되는 상향링크 서브프레임과 동일할 수 있다.
초기의 기준 신호 전송 이후 대상 단말(200)로의 데이터 전송 과정에서 대상 단말(200)로 데이터 전송을 위한 상향링크 서브프레임이 기준 신호를 포함하는 경우, CSI 측정을 위한 대상 단말(200)의 기준 신호 릴레이 과정은 초기 데이터 전송을 위해서만 사용되고 이후 데이터 전송에서는 생략될 수 있다.
기지국(100)은 CSI 측정 정보에 따라 일반 MIMO 전송에서와 유사하게, 대상 단말(200)에게 개방루프 또는 폐쇄루프, 공간다중화 또는 공간다이버시티 MIMO 방식에 의한 데이터 전송을 스케줄링하고, 하향링크 제어채널을 통해 상향링크에서의 공간다중화 또는 공간다이버시티 MIMO 방식의 전송을 할당한다. 본 발명의 실시 예에 따른 협력 MIMO가 일반 MIMO에서와 다른 점은 합성된 채널에 대한 CSI 측정에 따라 대상단말(200)과 기지국(100) 사이의 상향링크 채널을 실제 대상 단말(200)의 송신 안테나 수 이상의 안테나를 가진 공간 다중화 또는 공간 다이버시티를 얻을 수 있는 채널로 간주하고 높은 전송률의 신호를 전송하도록 할당할 수 있다는 것이다.
대상 단말(200)은 클러스터 구성 메시지 또는 하향링크 제어채널을 통해 협력 장치(300)로의 전송을 위해 할당된 상향링크 서브프레임(도 6의 UL TX1)에서 상향링크 협력 MIMO 신호 1를 전송한다(S708).
또한 대상 단말(200)은 클러스터 구성 메시지 또는 하향링크 제어채널을 통해 기지국(100)으로의 직접 전송을 위해 할당된 상향링크 서브프레임(도 6의 UL TX2)에서 상향링크 협력 MIMO 신호 2를 전송한다(S710). 협력 MIMO 신호 1과 협력 MIMO 신호 2는 서로 다른 가상의 송신 안테나 집합들을 통해 전송되는 서로 다른 MIMO 신호이다.
앞에서 언급한 바와 같이, (r-1)개의 협력 장치가 협력하여 상향링크 협력 MIMO 전송을 수행하는 경우, 협력 MIMO 신호 1은 (r-1)개의 협력 장치(300)에 대해 (r-1)개의 서로 다른 상향링크 무선자원을 통해 전송되는 (r-1)개의 서로 다른 MIMO 신호이고, 각각의 상향링크 협력 MIMO 신호 1은 대상 단말(200)의 송신 안테나의 전체 또는 일부를 사용하여 전송된다.
협력 장치(300)는 대상 단말(200)이 전송하는 상향링크 협력 MIMO 신호 1을 상향링크 서브프레임(도 6의 UL RX1)에서 수신하여 증폭하고 할당된 상향링크 서브프레임(도 6의 UL TX1)에서 증폭된 상향링크 협력 MIMO 신호 1을 기지국에게 릴레이한다(S712). 기지국(100)은 릴레이의 대상이 되는 대상 단말(200)의 상향링크 서브프레임(도 6의 UL RX1, UL TX1)의 위치를 하향링크 제어채널을 통해 협력 장치(300)에게 알릴 수 있다. 기지국(100)은 클러스터 형성 과정에서의 클러스터 구성 메시지를 통하여 상향링크 서브프레임(도 6의 UL RX1, UL TX1)의 위치를 미리 지정하여 협력 장치(300)에게 알릴 수도 있다.
협력 장치(300)가 기지국(100)에게 전송을 하기 위해 사용하는 상향링크 서브프레임(도 6의 UL TX1)은 대상 단말(200)이 상향링크 협력 MIMO 신호 2의 전송을 위해 사용하는 상향링크 서브프레임(도 6의 UL TX2)와 동일하다. 협력 장치(300)가 기지국(100)에게 릴레이 하는 신호는 대상 단말(200)의 상향링크 협력 MIMO 신호 1이 전송되는 상향링크 서브프레임 전체를 포함하거나 대상 단말(200)을 위해 할당된 무선자원에서의 신호만을 포함할 수 있다.
또한 협력 장치(300)가 기지국(100)에게 협력 MIMO 신호 전송을 위해 사용되는 상향링크 서브프레임(도 6의 UL TX1)은 기지국(100)에서 CSI 측정을 위해 대상 단말(200)의 기준 신호 1(UL RS1)이 릴레이 되는 상향링크 서브프레임과 동일할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200)로부터의 직접 수신한 상향링크 협력 MIMO 신호 2와 협력 장치(300)로부터 릴레이 된 상향링크 협력 MIMO 신호 1을 수신하고, 수신된 두 신호를 합성하여 데이터를 복조한다.
기지국(100)은 복조 성공 여부를 HARQ 응답으로 대상 단말(200)에 보고한다(S714). 기지국(100)은 복조에 성공하면 긍정응답(ACK)을 대상 단말(200)로 전송하고, 복조에 실패하면 부정응답(NACK)을 대상 단말(200)로 전송한다.
기지국(100)은 HARQ 응답이 부정응답(NACK)인 경우 HARQ 재전송을 수행한다.
기지국(100)은 HARQ 응답에 따라서 하향링크 제어채널을 통해 재전송 및 새로운 전송을 할당할 수 있다.
협력 장치(300)는 HARQ 초기 전송 또는 재전송에 관계없이 클러스터 구성 메시지 또는 하향링크 제어채널을 통해 할당된 대상 단말(200)의 신호를 수신하고 증폭하여 기지국(100)에게 전송한다.
기지국(100)은 다중 사용자 MIMO 방식을 적용하여, 대상 단말(200)의 협력 MIMO 신호를 전송하기 위해, 다른 사용자 단말의 MIMO 신호 또는 다른 협력 클러스터의 협력 MIMO 신호를 전송하기 위해 사용되는 무선자원과 동일한 무선자원을 할당할 수 있다. 즉 서로 다른 협력 클러스터들을 위해 전송되는 협력 MIMO 신호는 서로 다른 프리코딩에 의해 동일한 무선자원에서 전송될 수 있다. 또한 다른 단말들에게 보내는 MIMO 신호와 협력 클러스터를 위해 전송되는 협력 MIMO 신호는 서로 다른 프리코딩에 의해 동일한 무선자원에서 전송될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 협력 MIMO를 위한 상향링크 신호 전송 방법의 다른 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참고하면, 간략 협력 장치(800)는 운용자 또는 사용자에 의해 미리 설치된 협력 장치로서, 간략 협력 장치(800)가 수신하는 상향링크 서브프레임과 릴레이를 위한 상향링크 서브프레임은 일정 주기를 가지고 미리 지정될 수 있다. 간략 협력 장치(800)는 자신이 어떤 대상 단말(200)을 위한 클러스터에 속하였는지, 대상 단말(200)에 따라 어떤 상향링크 서브프레임을 수신하고 어떤 상향링크 서브프레임에서 신호를 증폭하여 대상 단말(200)에게 전송하는지를 알 필요 없이, 미리 지정된 상향링크 서브프레임을 수신하여 미리 지정된 상향링크 서브프레임에서 수신된 신호를 증폭하고 전송하도록 구성된 협력 장치이다. 이와 같이, 간략 협력 장치(800)가 수신하는 상향링크 서브프레임과 릴레이를 위한 상향링크 서브프레임이 미리 지정되어 있으므로, 간략 협력 장치(800)를 이용하면, 도 7에 도시된 하향링크 협력 MIMO를 위한 상향링크 신호 전송 과정을 간략화할 수 있다. 이때 간략 협력 장치(800)는 도 3에서의 간략 협력 장치(300')와 동일한 장치일 수도 있으며, 다른 장치일 수도 있다.
구체적으로, 기지국(100)은 클러스터 형성 과정에서 클러스터 구성 메시지를 통해 대상 단말(200)에게, 협력 클러스터에 속한 하나 이상의 간략 협력 장치(800)가 릴레이하는 각각의 상향링크 서브프레임의 위치를 알린다.
대상 단말(200)은 클러스터 구성 메시지의 지시에 따라 릴레이의 대상이 되는 상향링크 서브프레임에서 기준 신호 그룹 1(UL RS1)을 협력 장치(300)에게 전송한다(S802).
대상 단말(200)은 클러스터 구성 메시지의 지시 또는 하향링크 제어채널의 지시에 따라 상향링크 서브프레임에서 기준 신호 그룹 2(UL RS2)를 기지국(100)에게 전송한다(S804).
협력 장치(300)는 대상 단말(200)이 전송하는 기준 신호 그룹 1(UL RS1)을 수신하여 증폭하고 상향링크 서브프레임에서 증폭된 기준 신호 그룹 1(UL RS1)을 기지국에게 릴레이한다(S806).
대상 단말(200)이 기준 신호 그룹 2(UL RS2)의 전송을 위해 사용하는 상향링크 서브프레임은 간략 협력 장치(800)가 기지국(100)에게 전송을 하기 위해 사용하는 상향링크 서브프레임과 동일하다.
기지국(100)은 간략 협력 장치(800)로부터 릴레이되는 대상 단말(200)의 기준 신호 그룹 1(UL RS1)과 대상 단말(200)로부터 직접 전송된 기준 신호 그룹 2(UL RS2)를 수신하고, 수신된 두 기준 신호 그룹(UL RS1, UL RS2)의 합성된 채널에 대한 CSI를 측정한다.
기지국(100)은 CSI 측정 정보에 따라 대상 단말(200)에게 협력 MIMO 방식에 의한 데이터 전송을 스케줄링하고, 하향링크 제어채널을 통해 상향링크에서의 협력 MIMO 방식에 의한 전송을 할당한다.
대상 단말(200)은 간략 협력 장치(800)가 릴레이하는 상향링크 서브프레임에서 상향링크 협력 MIMO 신호 1를 전송한다(S808).
또한 대상 단말(200)은 클러스터 구성 메시지 또는 하향링크 제어채널을 통해 기지국(100)으로의 직접 전송을 위해 할당된 상향링크 서브프레임에서 상향링크 협력 MIMO 신호 2를 전송한다(S810).
간략 협력 장치(800)는 주기적으로 미리 지정된 상향링크 서브프레임에서 상향링크 협력 MIMO 신호 1을 수신하여 증폭하고, 미리 지정된 상향링크 서브프레임에서 증폭된 협력 MIMO 신호 1을 주기적으로 기지국(100)에 전송한다(S812).
대상 단말(200)이 상향링크 협력 MIMO 신호 2의 전송을 위해 사용하는 상향링크 서브프레임은 간략 협력 장치(800)가 기지국(100)에게 전송을 하기 위해 사용하는 상향링크 서브프레임과 동일하다. 또한 간략 협력 장치(800)가 기지국(100)에게 상향링크 협력 MIMO 신호를 릴레이하기 위해 사용하는 상향링크 서브프레임은 대상 단말(200)의 기준 신호를 릴레이하기 위해 사용하는 상향링크 서브프레임과 동일할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200)로부터의 직접 수신한 상향링크 협력 MIMO 신호 2와 간략 협력 장치(800)로부터 릴레이 된 상향링크 협력 MIMO 신호 1을 수신하고, 수신된 두 신호를 합성하여 데이터를 복조한다.
기지국(100)은 복조 성공 여부를 HARQ 응답으로 대상 단말(200)에 보고한다(S814). 기지국(100)은 복조에 성공하면 긍정응답(ACK)을 대상 단말(200)로 전송하고, 복조에 실패하면 부정응답(NACK)을 대상 단말(200)로 전송한다.
기지국(100)은 HARQ 응답이 부정응답(NACK)인 경우 HARQ 재전송을 수행한다.
기지국(100)은 HARQ 응답에 따라서 하향링크 제어채널을 통해 재전송 및 새로운 전송을 할당할 수 있다.
이와 같이, 간략 협력 장치(800)는 미리 지정된 상향링크 서브프레임의 신호를 수신하고 미리 지정된 상향링크 서브프레임에서 신호를 증폭 전송하는 단순한 기능만을 갖기 때문에 제작이 간편하고 경제적 비용이 일반 단말보다 매우 적다. 간략 협력 장치(800)는 일반적인 이동통신망에서 사용되는 중계 장치와 달리 본 발명의 실시 예에서의 기지국(100)과 대상 단말(200)은 협력 MIMO 송수신을 위하여 간략 협력 장치(800)를 MIMO 송수신을 위한 또 하나의 무선 경로로 이용한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 기지국에서 간섭을 토대로 상향링크 협력 MIMO를 위해 할당된 무선자원을 재사용하는 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참고하면, 대상 단말 1(200a)을 위한 협력 클러스터 1은 협력 장치(300a)를 포함하고, 대상 단말 2(200b)를 위한 협력 클러스터 2는 협력 장치(300b)를 포함한다.
기지국(100)은 사용자 단말(MS1), 협력 클러스터 1 및 협력 클러스터 2 사이에서 간섭이 없도록 사용자 단말(MS1), 협력 클러스터 1 및 협력 클러스터 2에 서로 다른 상향링크 무선자원을 할당한다. 예를 들어, 기지국(100)은 사용자 단말(MS1)에 상향링크 서브프레임(UL SF1)을 할당하고, 협력 클러스터 1의 대상 단말 1(200a)에 다른 상향링크 서브프레임(UL SF2)을 할당하며, 협력 클러스터 2의 대상 단말 1(200b)에 또 다른 상향링크 서브프레임(UL SF3)을 할당할 수 있다.
한편, 다중 사용자 MIMO 방식을 사용하는 경우 동일한 무선자원이 할당될 수 있으며, 다중 사용자 MIMO 방식은 본 발명의 실시 예에서도 동일하게 적용될 수 있고 본 발명의 요지에서 벗어나므로 생략하기로 한다.
협력 클러스터 1과 협력 클러스터 2는 서로 멀리 떨어져 있고 대상 단말(200a, 200b)에서 근접한 협력 장치(300a, 300b)로 전송되는 신호의 전송 전력은 작으므로 협력 클러스터 1과 협력 클러스터 2 내의 대상 단말(200a, 200b)에서 협력 장치(300a, 300b) 사이에는 동일한 상향링크 무선자원이 할당될 수 있다.
또한 협력 클러스터 1과 협력 클러스터 2의 협력 장치(300a, 300b)로 전송되는 신호가 기지국(100)에서 수신되는 신호 강도는 사용자 단말(MS1)의 신호가 기지국(100)에서 수신되는 신호 강도에 비해 매우 작으므로, 사용자 단말(MS1)의 상향링크 전송을 위해 협력 클러스터 1과 협력 클러스터 2 내의 대상 단말(200a, 200b)에서 협력 장치(300a, 300b) 사이에 할당되는 상향링크 무선자원과 동일한 무선자원을 할당할 수 있다.
즉 기지국(100)은 협력 클러스터 1과 협력 클러스터 2 내의 대상 단말(200a, 200b)에서 협력 장치(300a, 300b)로의 전송을 위해 할당된 상향링크 서브프레임(UL SF1)을 재사용하여, 사용자 단말(MS1)의 상향링크 전송을 위해 할당할 수 있다.
상기 설명에서"근접하다"와 "멀리 떨어져 있다"의 의미는 물리적인 공간에서 위치만을 의미하지 않고, 실제 무선 신호의 간섭 세기가 임계값보다 작을 때 "근접하다"를 의미하고, 간섭 세기가 임계값보다 클 때 "멀리 떨어져 있다"를 의미할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200a, 200b)에서 각각 협력 장치(300a, 300b)로 전송되는 신호가 일정 세기 이하로 수신되는 경우, 상향링크 협력 MIMO 신호의 전송을 위한 상향링크 무선자원을 다른 사용자 단말(MS1)의 상향링크 전송을 위해 할당하여 무선자원을 재사용할 수 있다. 즉 기지국(100)은 대상 단말(200a, 200b)에서 각각 협력 장치(300a, 300b)로 전송되는 상향링크 협력 MIMO 신호에 대한 수신 강도를 추정하고, 그 수신강도가 일정 세기 이하인 경우 상향링크 협력 MIMO 신호의 전송을 위한 상향링크 무선자원을 다른 사용자 단말(도 9의 MS1)의 상향링크 전송을 위해 재사용할 수 있다.
기지국(100)은 릴레이의 대상이 되는 신호 즉, 대상 단말(200a, 200b)에서 협력 장치(300a, 300b)로 전송되는 상향링크 협력 MIMO 신호에 대한 기지국에서의 수신 전력을 수학식 2와 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00002
여기서, Pt는 대상 단말(200)의 상향링크 릴레이의 대상이 되는 신호의 전송 전력으로, 기지국(100)은 협력 클러스터 형성 과정 또는 하향링크 제어채널을 통하여 대상 단말(200)의 전송 전력을 설정한다. Gt,b는 대상 단말(200)과 기지국(100) 사이의 평균 채널 이득으로, 기지국(100)은 일반적인 상향링크 전송제어 및 전력제어 과정을 통해 추정할 수 있다.
또한 대상 단말(200a)에서 협력 장치(300a)로 전송되는 상향링크 협력 MIMO 신호가 다른 협력 클러스터의 협력 장치(300b)에서 일정 세기 이하로 수신되는 경우, 기지국(100)은 대상 단말(200a)에서 협력 장치(300a)로 전송되는 상향링크 협력 MIMO 신호를 위한 상향링크 무선자원을 다른 협력 클러스터의 상향링크 협력 MIMO 신호 전송을 위해 재사용할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200a)에서 협력 장치(300a)로 전송되는 상향링크 협력 MIMO 신호에 대하여 다른 협력 클러스터에서의 수신 전력을 수학식 3과 같이 계산할 수 있다.
Figure pat00003
수학식 2에서, Pt는 대상 단말(200a)의 상향링크 협력 MIMO 신호의 전송 전력으로, 기지국(100)은 협력 클러스터 형성 과정 또는 하향링크 제어채널을 통하여 대상 단말(200a)의 전송 전력을 설정한다. Gt,c는 대상 단말(200a)과 다른 협력 클러스터의 협력 장치(200b) 사이의 채널 이득으로, 기지국(100)은 협력 클러스터 형성 과정을 통해 추정할 수 있다.
대상 단말(200a, 200b)과 협력 장치(300a, 300b)는 클러스터 형성 과정에서 탐색 레인징 신호를 전송하고 다른 협력 장치가 전송한 탐색 레인징 신호를 검출하여 탐색 레인징 신호의 신호수신품질을 탐색 보고 메시지를 통하여 기지국(100)에게 보고한다.
기지국(100)은 탐색 레인징 신호에 대한 전송 전력과 탐색 보고 메시지에 포함된 탐색 레인징 신호의 신호수신품질로부터 대상 단말(200a, 200b)과 다른 사용자 단말 사이, 협력 장치(300a, 300b)와 다른 사용자 단말 사이, 대상 단말(200a, 200b)과 협력 장치(300a, 300b) 사이의 채널 이득을 추정할 수 있다.
대상 단말(200a, 200b)과 다른 협력 클러스터의 협력 장치(300b, 300a) 사이의 탐색 레인징 신호에 대한 측정 보고가 없을 경우, 기지국(100)은 대상 단말(200a, 200b)과 다른 협력 클러스터의 협력 장치(300b, 300a)가 주변 기지국들의 기준 신호에 대한 수신신호품질을 측정하여 보고한 일반적인 이동통신시스템에서의 측정 보고 메시지를 바탕으로 상호 간섭 강도를 대략적으로 추정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 기지국, 협력 장치 및 대상 단말에서의 하향링크 및 상향링크에서의 송신 및 수신 시간의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 기지국(100)은 도 4를 토대로 설명한 바와 같이 임의접속응답으로 수신 시간 조정을 위한 TA 값을 대상 단말(200) 및 협력 장치(300)로 전송한다. 일반적으로 기지국(100)은 대상 단말(200)의 TA 값(TAMS )을 2DBS,MS로 결정하고, 협력 장치(300)의 TA 값(TArMS)을 2DBS,rMS로 결정할 수 있다.
대상 단말(200) 및 협력 장치(300)는 TA 값(TAMS, TArMS)에 따라 상향링크에서 각각 TUL , rMS(=TDL , BS-TArMS )와 TUL , MS(=TDL , BS-TAMS )로 상향링크 전송 시간을 조절한다.
본 발명의 실시 예에서는 기지국(100)에서의 수신 동기를 위한 TA 값 이외에 협력 장치(300)와 대상 단말(200) 사이에서의 신호 송신 시간 및 신호 수신 시간 조절이 필요하다.
대상 단말(200)이 상향링크에서 대상 단말(200)의 송신 시간(TRL,MS = TUL,MS)을 기준으로 상향링크 릴레이의 대상이 되는 상향링크 협력 MIMO 신호를 전송하면 협력 장치(300)에는 TUL,MS+DMS,rMS 시간에 도착한다. 앞서 설명한 바와 같이, DMS,rMS는 대상 단말(200)과 협력 장치(300) 사이의 전파 지연 시간이다. 상향링크 협력 MIMO 신호는 협력 장치(300)의 상향링크 기준시간(TRL , rMS=TUL , rMS)과 ΔTRL ,rMS[=TRL , rMS-(TUL,MS+DMS,rMS)=TAMS-TArMS-DMS,rMS]의 시간 차이를 갖고 수신된다. 이때 이러한 시간 차이를 조정하는 방법은 협력 장치(300)에서 상향링크 협력 MIMO 신호에 대한 수신 시간을 조절하는 방법과 대상 단말(200)에서 상향링크 협력 MIMO 신호의 송신 시간을 조절하는 방법이 있다.
도 10에서는 대상 단말(200)에서 상향링크 협력 MIMO 신호의 송신 시간을 조절하는 방법을 도시하였다. 구체적으로, 기지국(100)은 대상 단말(200)에게 상향링크 협력 MIMO 신호의 송신 시간 조정 값(ΔTRL,rMS)을 알린다. 대상 단말(200) 자신의 상향링크 기준시간(TRL , MS=TUL , MS)에서 ΔTRL , rMS 만큼의 송신 시간을 조절하여 T'RL , MS (=TUL,MS-ΔTRL , rMS) 시간에 상향링크 협력 MIMO 신호를 전송한다. 이에 대한 자세한 설명은 도 12를 토대로 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 협력 장치에서 대상 단말의 상향링크 협력 MIMO 신호에 대한 수신 시간을 조절하는 방법을 설명한 도면이다.
도 11을 참고하면, 대상 단말(200)은 상향링크 서브프레임(UL TX1)의 시작 시간 즉, 대상 단말(200)의 상향링크 기준시간을 기준으로 상향링크 협력 MIMO 신호를 전송한다.
상향링크 협력 MIMO 신호는 협력 장치(300)에서 협력 장치(300)의 상향링크 기준 시간에 비해 ΔTRL , rMS[=TAMS-TArMS-DMS , rMS]의 시간 차이를 갖고 수신한다.
협력 장치(300)가 협력 장치(300)의 상향링크 기준 시간에 비해 ΔTRL,rMS의 시간 차이를 가지고 상향링크 협력 MIMO 신호가 수신되는 것을 알고 있다면 수신 동기에 의해 상향링크 협력 MIMO 신호를 검출할 수 있다. 이러한 수신 시간 차이는 클러스터 형성 과정의 클러스터 구성 메시지나 탐색 지시 메시지를 통하여 기지국(100)으로부터 대상 단말(200)에게 전달될 수 있다.
협력 클러스터 형성 과정에서 대상 단말(200) 또는 협력 장치(300)는 탐색 레인징 신호에 대한 수신 시간 차이 ΔTMS[=TArMS-TAMS-DMS , rMS] 또는 ΔTrMS[=TAMS-TArMS-DMS,rMS]를 측정하고 기지국(100)에 보고한다.
기지국(100)은 대상 단말(200) 및 협력 장치(300)의 상향링크 시간 조정 값(TAMS, TArMS)을 임의접속과정에서 알고 있으므로 대상 단말(200)과 협력 장치(300) 사이의 전파 지연 시간(DMS,rMS)을 보고된 탐색 레인징 신호에 대한 수신 시간 차이로부터 계산할 수 있다.
기지국(100)은 대상 단말(200) 및 협력 장치(300)의 상향링크 시간 조정 값(TAMS, TArMS) 그리고 전파 지연 시간(DMS,rMS)을 토대로 수신 시간 조정 값(ΔTRL,rMS)을 계산하고, 협력 클러스터 형성 과정에서 클러스터 구성 메시지나 탐색 지시 메시지를 통하여 수신 시간 조정 값(ΔTRL,rMS)을 협력 장치(300)에게 알린다.
협력 장치(300)는 자신의 상향링크 서브프레임(UL RX)의 시작 시간에서 수신 시간 조정 값(ΔTRL,rMS) 이후부터 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신한다. 즉 상향링크 서브프레임의 시간길이가 Tsf라고 하면, 상향링크 서브프레임(UL RX)의 시간 구간 중에서 수신 시간 조정 값(ΔTRL,rMS) 이후부터 상향링크 서브프레임의 시간 길이인 Tsf 동안의 시간 구간이 협력 장치(300)에서 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하는 수신 구간이 될 수 있다. 또는 상향링크 서브프레임(UL RX)의 시간 구간 중에서 수신 시간 조정 값(ΔTRL,rMS) 이후부터 협력 장치(300)의 상향링크 서브프레임(UL RX)의 종료 시점까지가 협력 장치(300)에서 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하는 수신 구간이 될 수 있다.
한편, 협력 장치(300)가 릴레이할 대상 단말(200)의 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하는 상향링크 서브프레임(UL RX)의 뒤의 상향링크 서브프레임(UL TX1)에서 상향링크 신호 전송이 있는 경우, 상향링크 협력 MIMO 신호의 수신과 기지국(100)으로의 상향링크 신호 전송 사이에 송수신 스위칭을 위한 시간 TSW이 필요하다. 즉 (Tsf-ΔTRL , rMS-TSW) 시간 동안 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신한다.
상향링크 서브프레임(UL RX) 뒤의 향링크 서브프레임(UL TX1)에서 상향링크 신호 전송이 없다면 전체 상향링크 서브프레임(UL RX)의 시간 길이인 Tsf 시간 동안 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신할 수 있다.
도 11에서는 협력 장치(300)에서 상향링크 협력 MIMO 신호가 상향링크 기준 시간보다 늦게 수신하는 경우를 예로 하였지만, 협력 장치(300) 및 대상 단말(200)의 위치에 따라 상향링크 협력 MIMO 신호가 상향링크 기준 시간보다 앞서 수신되는 경우도 있을 수 있다.
협력 장치(300)가 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하는 상향링크 서브프레임(UL RX) 앞의 상향링크 서브프레임(UL TX0)에서 상향링크 신호 전송이 있다면, 협력 장치(300)은 상향링크 신호를 전송한 이후 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신한다. 이 경우 상향링크 협력 MIMO 신호의 도착 시간이 협력 장치(300)의 상향링크 기준 시간보다 빠르므로, 협력 장치(300)이 협력 장치(300)의 상향링크 신호를 전송한 후 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하게 되면, 상향링크 협력 MIMO 신호의 일부 앞부분의 신호를 수신하지 못할 수 있다.
이러한 대상 단말(200)의 상향링크 협력 MIMO 신호에 대한 협력 장치(300)에서의 수신 시간 조정 방법은 대상 단말(200)이 상향링크 협력 MIMO 신호를 자신의 상향링크 기준시간을 토대로 전송하는 방식으로, 대상 단말(200)이 상향링크 서브프레임의 시간 동안 상향링크 협력 MIMO 신호를 전송할 수 있으나, 협력 장치(300)는 본래의 상향링크 서브프레임의 시간 중에서 일부 시간이 제외된 시간 동안 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신할 수 있다. 제외된 시간에서 상향링크 협력 MIMO 신호의 수신은 신호의 에너지 및 정보 손실로 나타나지만, 이러한 손실은 협력 MIMO 신호의 부호화율 및 변조 방식을 조절함으로써 극복될 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 대상 단말에서 상향링크 협력 MIMO 신호의 송신 시간을 조절하는 방법을 설명한 도면이다.
도 11에 도시된 수신 시간 조절과 마찬가지로 기지국(100)은 협력 클러스터 형성 과정에서
도 11에 도시된 수신 시간 조절과 마찬가지로 기지국(100)은 협력 클러스터 형성 과정에서 대상 단말(200) 또는 협력 장치(300)에서 측정된 탐색 레인징 신호에 대한 수신 시간 차이 ΔTMS[=TArMS-TAMS-DMS , rMS] 또는 ΔTrMS[=TAMS-TArMS-DMS , rMS]를 기지국(100)에 보고한다.
기지국(100)은 탐색 레인징 신호에 대한 수신 시간 차이 ΔTMS 또는 ΔTrMS를 바탕으로 계산된 상향링크 협력 MIMO 신호의 송신 시간 조절 값(ΔTRL,rMS)을 협력 클러스터 형성 과정의 클러스터 구성 메시지나 탐색 지시 메시지를 통해 협력 장치(300)에게 알린다.
대상 단말(200)은 대상 단말(200)의 상향링크 서브프레임(UL TX1)의 시작 시간 즉, 상향링크 기준 시간으로부터 ΔTRL , rMS 만큼의 송신 시간을 조절하여 T'RL , MS [=TUL,MS-ΔTRL , rMS ] 시간에 상향링크 협력 MIMO 신호를 협력 장치(300)로 전송한다.
송신 시간이 조절된 상향링크 협력 MIMO 신호는 협력 장치(300)의 상향링크 서브프레임(UL RX)의 시작 시간 즉, 협력 장치(300)의 상향링크 기준 시간(TUL,rMS)에 동기화되어 수신하게 된다.
대상 단말(200)에서 상향링크 서브프레임(UL TX1) 앞의 상향링크 서브프레임(UL TX0)에서 다른 상향링크 신호 전송이 있는 경우, 대상 단말(200)은 상향링크 신호를 전송한 후에 상향링크 협력 MIMO 신호를 전송한다. 이 경우, 상향링크 협력 MIMO 신호는 원래의 상향링크 서브프레임(UL TX1)의 시간 길이가 Tsf 라 하면, 상향링크 협력 MIMO 신호의 송신 구간은 (Tsf-ΔTRL , rMS)로 축소된다.
협력 장치(300)는 상향링크 서브프레임(UL RX) 앞의 상향링크 서브프레임(UL TX0)에서 상향링크 신호 전송이 있는 경우, 상향링크 서브프레임(UL RX)의 시작 시간 즉, 협력 장치(300)의 상향링크 기준 시간으로부터 송수신 스위칭 시간 TSW 이후부터 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신한다. 즉, 상향링크 협력 MIMO 신호의 수신 구간은 원래의 상향링크 서브프레임(UL RX)의 시간 길이(Tsf)에 비해 (Tsf-TSW)로 축소된다.
또한 협력 장치(300)는 상향링크 서브프레임(UL RX) 뒤의 상향링크 서브프레임(UL TX1)에서 상향링크 신호 전송이 있는 경우, 협력 장치(300)의 상향링크 기준 시간 즉 상향링크 서브프레임(UL TX1)의 시작 시간보다 송수신 스위칭 시간 TSW 이전의 시간까지 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신한다. 즉, 상향링크 협력 MIMO 신호의 수신 구간은 원래의 서브프레임의 시간 길이(Tsf)에 비해 (Tsf-TSW)로 축소될 수 있다.
이와 같이, 협력 장치(300)는 앞뒤의 서브프레임에서 상향링크 신호 전송이 있는 경우 (Tsf-2TSW)로 축소된 시간 동안만 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신한다. 협력 장치(300)는 앞뒤의 서브프레임에서 상향링크 신호 전송이 없는 경우는 서브프레임의 전체 시간 길이(Tsf) 동안 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신할 수 있다.
이러한 상향링크 협력 MIMO 신호에 대한 대상 단말(200)에서의 송신 시간 조정 방법에서, 대상 단말(200)에서 상향링크 협력 MIMO 신호는 본래의 상향링크 서브프레임 시간 동안 중 일부 시간이 제외된 시간 동안 전송될 수 있으며, 협력 장치(300)에서 상향링크 협력 MIMO 신호는 본래의 상향링크 서브프레임 시간 동안 중 일부 시간이 제외된 시간 동안 수신될 수 있다. 제외된 상향링크 협력 MIMO 신호의 송수신은 신호의 에너지 및 정보 손실로 나타나지만, 이러한 손실은 협력 MIMO 신호의 부호화율 및 변조 방식을 손실을 보상할 수 있을 만큼 조절함으로써 극복될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13을 참고하면, 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치(1300)는 프로세서(1310), 송수신기(1320) 및 메모리(1330)를 포함한다. 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치(1300)는 기지국(100)에 포함되거나 기지국(100) 자체일 수 있다. 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치(1300)는 대상 단말(200)에 포함되거나 대상 단말(200) 자체일 수 있다. 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치(1300)는 협력 장치(300)에 포함되거나 대상 단말(1300) 자체일 수 있다.
기지국(100)의 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치(1300)에서, 프로세서(1310)는 도 2 또는 도 3에서 설명한 클러스터 형성 방법에 해당하는 기능을 수행하여 대상 단말(200)을 위한 협력 클러스터를 생성하고, 주기적 또는 비주기적으로 대상 단말(200)을 위해 형성된 협력 클러스터를 변경하거나 해제할 수 있다. 프로세서(1310)는 도 4와 도 5를 토대로 설명한 바와 같이, 대상 단말(200) 및 후보 협력 장치(300)에서 전송하는 탐색 레인징 신호의 송신 시간 오프셋을 계산하고, 송수신기(1320)를 통해 대상 단말(200) 및 후보 협력 장치(300)로 전송할 수 있다. 또한 프로세서(1310)는 상향링크 협력 MIMO 전송을 위해 대상 단말(200)의 상향링크 협력 MIMO 전송 방식을 선정하고, 대상 단말(200)의 상향링크 협력 MIMO 전송을 할당한다. 그리고 프로세서(1310)는 앞에서 설명한 상향링크 협력 MIMO 신호 전송을 위한 전반적인 동작을 수행한다. 이러한 프로세서(1310)는 중앙 처리 유닛(central processing unit, CPU)이나 기타 칩셋, 마이크로프로세서 등으로 구현될 수 있다. 송수신기(1320)는 대상 단말(200) 및 후보 협력 장치(300)와 상향링크 협력 MIMO 송수신 동작을 위한 신호나 메시지들을 송수신한다.
대상 단말(200)의 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치(1300)에서, 프로세서(1310)는 도 2 내지 도 12을 토대로 설명한 상향링크 협력 MIMO 신호 수신을 위한 전반적인 동작을 수행한다. 송수신기(1320)는 기지국(100) 및 후보 협력 장치(300)와 상향링크 협력 MIMO 송수신 동작을 위한 신호나 메시지들을 송수신한다.
협력 장치(300)의 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치(1300)에서, 프로세서(1310)는 도 2 내지 도 12을 토대로 설명한 상향링크 협력 MIMO 신호 릴레이를 위한 전반적인 동작을 수행한다. 송수신기(1320)는 기지국(100) 및 대상 단말(200)과 상향링크 협력 MIMO 송수신 동작을 위한 신호나 메시지들을 송수신한다.
메모리(1330)는 프로세서(1310)에서 수행하기 위한 명령어(instructions)을 저장하고 있거나 저장 장치(도시하지 않음)로부터 명령어를 로드하여 일시 저장하며, 프로세서(1310)는 메모리(1330)에 저장되어 있거나 로드된 명령어를 실행한다. 프로세서(1310)와 메모리(1330)는 버스(도시하지 않음)를 통해 서로 연결되어 있으며, 버스에는 입출력 인터페이스(도시하지 않음)도 연결되어 있을 수 있다. 이때 입출력 인터페이스에 송수신기(1320)가 연결되며, 입력 장치, 디스플레이, 스피커, 저장 장치 등의 주변 장치가 연결되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (15)

  1. 이동통신시스템의 대상 단말에서의 상향링크 협력 다중안테나 송신 방법으로서,
    제1 상향링크 서브프레임에서 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 복수의 중계 장치와 협력 MIMO 송수신의 대상이 되는 대상 단말을 제외한 복수의 단말 중에서 선정된 협력 장치로 전송하는 단계,
    제2 상향링크 서브프레임에서 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 기지국으로 직접 전송하는 단계, 그리고
    상기 협력 장치에 의해서, 제3 상향링크 서브프레임에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호가 증폭되어 상기 기지국으로 전송되는 단계
    를 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 송신 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 협력 장치로 전송하는 단계는
    상기 기지국으로부터 상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 계산된 송신 시간 조정 값을 수신하는 단계, 그리고
    상향링크 기준 시간으로부터 상기 송신 시간 조정 값만큼 조절된 송신 시간에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 전송하는 단계를 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 송신 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 제2 상향링크 서브프레임과 상기 제3 상향링크 서브프레임은 동일한 서브프레임인 상향링크 협력 다중안테나 송신 방법.
  4. 이동통신시스템의 기지국에서 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법으로서,
    대상 단말로부터 전송된 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 복수의 중계 장치와 복수의 단말 중에서 선정된 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계,
    상기 대상 단말로부터 전송된 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 제2 상향링크 서브프레임에서 직접 수신하는 단계, 그리고
    상기 협력 장치를 통해서 수신한 제1 상향링크 협력 MIMO 신호와 상기 대상 단말로부터 직접 수신한 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 합성하여 데이터를 복조하는 단계
    를 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는
    상기 협력 장치가, 제3 상향링크 서브프레임에서 상기 대상 단말로부터 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하는 단계, 그리고
    상기 협력 장치가, 제4 상향링크 서브프레임에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는 상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 수신 시간 조정 값을 계산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 협력 장치가, 상기 제3 상향링크 서브프레임의 시작 시간으로부터 상기 수신 시간 조정 값만큼 조절된 수신 시간에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하는 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법.
  7. 제5항에서,
    상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는 상기 제3 상향링크 서브프레임의 위치 및 상기 제4 상향링크 서브프레임의 위치를 상기 협력 장치로 전송하는 단계를 더 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법.
  8. 제4항에서,
    상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는
    상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 송신 시간 조정 값을 계산하는 단계, 그리고
    상기 대상 단말이, 제5 상향링크 서브프레임의 시작 시간으로부터 상기 송신 시간 조정 값만큼 조절된 송신 시간에서 상기 협력 장치로 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는
    상기 대상 단말이 상기 협력 장치로 전송한 제1 상향링크 협력 MIMO 신호의 수신 전력을 계산하는 단계, 그리고
    상기 수신 전력을 토대로 상기 제5 상향링크 서브프레임을 다른 단말의 상향링크 전송에 재사용하는 단계를 더 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 협력 장치를 통해서 제1 상향링크 서브프레임에서 수신하는 단계는
    상기 대상 단말이 상기 협력 장치로 전송하한 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 다른 협력 클러스터의 협력 장치에서 수신되는 수신 전력을 계산하는 단계, 그리고
    상기 수신 전력을 토대로 상기 제5 상향링크 서브프레임을 상기 다른 협력 클러스터의 상향링크 협력 MIMO 전송을 위해 재사용하는 단계를 더 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법.
  11. 제4항에서,
    상기 복수의 중계 장치와 상기 복수의 단말 중에서 선정된 복수의 후보 협력 장치와 상기 대상 단말 사이에서 송수신되는 탐색 레인징 신호로부터 측정된 신호품질정보를 상기 복수의 후보 협력 장치와 상기 대상 단말로부터 각각 수신하는 단계, 그리고
    상기 신호품질정보를 토대로 상기 복수의 후보 협력 장치로부터 상기 협력 장치를 선정하여 상기 대상 단말을 위한 협력 클러스터를 형성하는 단계
    를 더 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법.
  12. 제4항에서,
    상기 데이터의 복조 결과를 토대로 HARQ 응답을 상기 대상 단말로 전송하는 단계
    를 더 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 수신 방법.
  13. 이동통신시스템에서의 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치로서,
    복수의 중계 장치와 복수의 단말 중에서 협력 장치를 선정하여 대상 단말을 위한 협력 클러스터를 형성하고, 상기 대상 단말과 상기 협력 장치로 상향링크 협력 MIMO 전송을 위한 상향링크 무선자원을 할당하며, 상기 협력 장치를 통해 수신한 상기 대상 단말의 제1 상향링크 협력 MIMO 신호와 상기 대상 단말로부터 직접 수신한 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 합성하여 데이터를 복조하는 프로세서, 그리고
    상기 협력 장치로부터 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하고, 상기 대상 단말로부터 상기 제2 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하는 송수신기
    를 포함하는 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 프로세서는 상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 수신 시간 조정 값을 계산하고,
    상기 협력 장치가, 상향링크 기준 시간에서 상기 수신 시간 조정 값만큼 조절된 수신 시간에서 상기 대상 단말로부터 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 수신하는 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치.
  15. 제13항에서,
    상기 프로세서는 상기 대상 단말과 상기 협력 장치간 전파 지연 시간을 토대로 계산된 송신 시간 조정 값을 계산하고,
    상기 대상 단말이, 상향링크 기준 시간으로부터 상기 송신 시간 조정 값만큼 조절된 송신 시간에서 상기 제1 상향링크 협력 MIMO 신호를 상기 협력 장치로 전송하는 상향링크 협력 다중안테나 송수신 장치.
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