KR101752000B1 - 무선통신 시스템에서 중계국을 통한 상향링크 통신 장치 및 방법 - Google Patents

무선통신 시스템에서 중계국을 통한 상향링크 통신 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서 중계국이 상향링크 통신을 수행하는 방법에 있어서, 상기 중계국의 전송을 지원하는 제1영역과, 상기 중계국의 수신을 지원하는 제2영역을 포함하는 주파수 분할 이중화(frequency division duplex: FDD) 프레임을 구성하고, 상기 FDD 프레임을 이용하여 상향링크 통신을 수행하며, 상기 FDD 프레임에서 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이의 시간 간격은 제1 유휴 시간 간격과 제2 유휴 시간 간격 간의 차이값을 기반으로 결정되고, 상기 제1 유휴 시간 간격은 기지국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미하고, 상기 제2 유휴 시간 간격은 상기 중계국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미한다.

Description

무선통신 시스템에서 중계국을 통한 상향링크 통신 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR COMMUNICATING ON UPLINK BY RELAY STATION IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 발명은 중계방식을 사용하는 무선통신 시스템에서 중계 서비스를 제공하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적인 통신 시스템에서는 고정된 기지국(Base Station: BS)과 단말(Mobile Station: MS) 간에 직접 링크를 통해 시그널링 및 데이터 트래픽의 송수신이 이루어진다. 통신 시스템에서 단말의 이동성 및 무선 네트워크 구성의 유연성을 확보하고, 트래픽 분포나 통화 요구량 변화가 심한 무선 환경에서 더욱 효율적인 서비스를 제공하기 위한 연구가 활발히 진행중에 있다. 그 중 하나의 방법은 중계국(Relay Station: RS)를 이용한 다중 홉(Multi Hop) 중계 형태의 데이터 전달 방식을 적용한 중계 통신 시스템이다. 중계 통신 시스템은 통신 환경의 변화에 신속하게 대응하여 네트워크를 재구성할 수 있으며, 이에 따라 전체 네트워크를 효율적으로 운영하는 것이 가능하다.
도 1a 및 도 1b는 통상적인 무선통신 시스템과 중계 통신 시스템에서 간섭이 발생하는 상황을 도시한 도면이다.
도 1a를 참조하면, 기지국 1(101)이 서비스하는 단말들 중 대표 단말을 단말1(102)로 도시하였으며, 기지국 2(104)가 서비스하는 단말들 중 대표 단말을 단말 2(103)로 도시하였다.
기지국 1(101)에서 단말1(102)과 통신 시에, 단말 2(103)에서 동시에 기지국 2(104)로 통신 신호를 전송할 수 있다. 그러나 이 경우 단말 2(103)에서의 신호는 기지국1(101)에게 간섭신호로 작용한다. 마찬가지로 기지국 2(104)에서 단말 2(103)와 통신 시에, 단말 1(102)에서 동시에 기지국 1(101)로 통신신호를 전송할 수 있으며, 이 경우 단말1(102)에서의 신호는 기지국 2(104)에게 간섭신호로 작용한다.
도 1b를 참조하면, 기지국 (111)에서 단말 3(112)과 통신 시에, 단말 4(113)에서 동시에 중계국(114)으로 통신 신호를 전송하는 경우, 단말 4(113)에서의 신호는 기지국(111)에게 간섭신호로 작용한다. 마찬가지로 중계국에서 단말 4(113)와 통신 시에 단말3(112)에서 동시에 기지국(111)으로 통신 신호를 전송하는 경우, 단말3(112)에서의 신호는 중계국(114)에게 간섭신호로 작용한다.
이상과 같이 종래의 통신 시스템에서는 기지국 및 인접국(기지국 또는 중계국)에서의 간섭신호를 줄이기 위해서는 상향링크(Uplink: UL)에서의 타이밍(Timing)을 제어할 필요성이 있다. 따라서 이를 위해서 중계국에서 사용하는 상향링크 프레임을 효과적으로 구성할 필요성이 발생하게 되었다.
본 발명의 일 실시예는 중계방식을 사용하는 무선통신 시스템에서 중계 서비스를 지원하기 위한 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 무선통신 시스템에서 중계 서비스를 지원하기 위한 상향링크 프레임 구성 방법 및 이를 지원하는 장치를 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 무선통신 시스템에서 중계국의 송수신 동작 전환을 위한 시간의 오버헤드를 줄이는 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 무선통신 시스템에서 기지국과 중계국 사이의 상향링크 간섭을 줄이기 위한 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 일 실시예는 중계국의 상향링크 프레임에서 송수신의 전환시간 때문에 발생하는 프레임상의 오버헤드를 줄이기 위한 프레임 구성 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 무선 통신 시스템에서 중계국이 상향링크 통신을 수행하는 방법에 있어서, 상기 중계국의 전송을 지원하는 제1영역과, 상기 중계국의 수신을 지원하는 제2영역을 포함하는 주파수 분할 이중화(frequency division duplex: FDD) 프레임을 구성하는 과정과, 상기 FDD 프레임을 이용하여 상향링크 통신을 수행하는 과정을 포함하며, 상기 FDD 프레임에서 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이의 시간 간격은 제1 유휴 시간 간격과 제2 유휴 시간 간격 간의 차이값을 기반으로 결정되고, 상기 제1 유휴 시간 간격은 기지국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미하고, 상기 제2 유휴 시간 간격은 상기 중계국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미함을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 다른 실시예에 따른 방법은, 무선 통신 시스템에서 중계국이 상향링크 통신을 수행하는 방법에 있어서, 상기 중계국의 전송을 지원하는 제1영역과, 상기 중계국의 수신을 지원하는 제2영역을 포함하는 시간 분할 이중화(time division duplex: TDD) 프레임을 구성하는 과정과, 상기 TDD 프레임을 이용하여 상향링크 통신을 수행하는 과정을 포함하며, 상기 TDD 프레임에서 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이의 시간 간격은 제1 유휴 시간 간격과 제2 유휴 시간 간격 간의 차이값을 기반으로 결정되고, 상기 제1 유휴 시간 간격은 기지국에서 사용되는 TDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미하고, 상기 제2 유휴 시간 간격은 상기 중계국에서 사용되는 TDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미함을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 일 실시예에 따른 장치는, 무선 통신 시스템에서 상향링크 통신을 수행하는 중계국에 있어서, 상기 중계국의 전송을 지원하는 제1영역과, 상기 중계국의 수신을 지원하는 제2영역을 포함하는 주파수 분할 이중화(frequency division duplex: FDD) 프레임을 구성하는 제어기와, 상기 FDD 프레임을 이용하여 상향링크 통신을 수행하는 통신 유닛을 포함하며, 상기 FDD 프레임에서 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이의 시간 간격은 제1 유휴 시간 간격과 제2 유휴 시간 간격 간의 차이값을 기반으로 결정되고, 상기 제1 유휴 시간 간격은 기지국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미하고, 상기 제2 유휴 시간 간격은 상기 중계국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미함을 특징으로 한다.
삭제
본 발명의 다른 실시예에 따른 장치는, 무선 통신 시스템에서 상향링크 통신을 수행하는 중계국에 있어서, 상기 중계국의 전송을 지원하는 제1영역과, 상기 중계국의 수신을 지원하는 제2영역을 포함하는 시간 분할 이중화(time division duplex: TDD) 프레임을 구성하는 제어기와, 상기 TDD 프레임을 이용하여 상향링크 통신을 수행하는 통신 유닛을 포함하며, 상기 TDD 프레임에서 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이의 시간 간격은 제1 유휴 시간 간격과 제2 유휴 시간 간격 간의 차이값을 기반으로 결정되고, 상기 제1 유휴 시간 간격은 기지국에서 사용되는 TDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미하고, 상기 제2 유휴 시간 간격은 상기 중계국에서 사용되는 TDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미함을 특징으로 한다.
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본 발명은 중계 방식을 사용하는 무선통신 시스템에서 중계국의 불필요한 동작 전환을 위한 오버헤드를 제거하면서 기지국과의 간섭을 최소하여, 시스템의 데이터 전송 효율을 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1a 및 도 1b는 통상적인 무선통신 시스템과 중계 통신 시스템에서의 간섭 발생을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비동기식 주파수 분할 이중화(FDD) 상향링크 프레임 구조를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 비동기식 시간 분할 이중화(TDD) 프레임 구조를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 상향링크 OFDM 심볼의 복조과정을 도시하는 도면,
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 인접국에 의한 상향링크 프레임의 수신을 도시하는 도면,
도 6a 및 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 인접국에 의한 상향링크 프레임의 수신을 도시하는 도면,
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서의 중계국 프레임 설정 시에 기지국과 중계국에 의한 상향링크 통신 동작을 도시하는 흐름도,
도 8a 및 8b은 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계국에서 중계국 프레임 설정 시에 기지국과 중계국에 의한 상향링크 통신 동작을 도시하는 흐름도, 및
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 중계국 장치의 구조를 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서는 무선 통신 시스템에서 중계 서비스를 제공하는 동작을 설명함에 있어서 특정 통신 표준 및 채널 구조를 참조할 것이다. 그러나 본 발명에 따른 중계 동작이 특정 통신 프로토콜 혹은 시스템 구성에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능함은 당해 기술분야에서 숙련된 기술을 가진 당업자에게 있어서 자명한 사항임은 물론이다.
이하 중계 방식을 사용하는 무선 통신 시스템에서 비동기식(Asynchronous) 주파수 분할 이중화(Frequency Division Duplex: FDD) 혹은 시간 분할 이중화(Time Division Duplex: TDD) 방식에 의한 상향링크 프레임의 구조를 설명하기로 한다. 일반적으로 중계국은 송신모드와 수신모드를 동시에 실행할 수 없으며, 상향링크에서 단말로부터 데이터를 수신할 경우에는 수신모드로 동작하고, 중계국에서 기지국으로 데이터를 상향링크로 전송할 경우에는 송신모드로 동작한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국과 중계국에서 사용되는 비동기식 FDD 상향링크 프레임의 구조를 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 기지국 및 중계국의 FDD 상향링크 프레임(201,211)은 릴레이존(Relay zone)(202,212)과 엑세스존(Access zone)(203,213)으로 구성된다. 여기서 릴레이존(202,212)에서는 중계국에서 기지국으로 데이터를 송신하고, 엑세스존(203,213)에서는 중계국에서 단말로부터 데이터를 수신한다.
상향링크에서 기지국이 항상 수신모드로 동작하므로, 기지국의 FDD 상향링크 프레임(201)은 송수신 전환시간을 필요로 하지 않는다. 반면 중계국 FDD 상향링크 프레임(211)에서는 릴레이존(212)이 송신모드이고, 엑세스존(213)이 수신모드이므로, 상기 두 존(212,213)간에 송수신 전환시간이 필요하게 된다. 상기 송수신 전환시간을 오버헤드 없이 확보하기 위해서, 중계국 엑세스존(213)의 시작 시점은 기지국의 엑세스존(203)보다 Tad(220) 만큼 시간 지연된다. 이로써 중계국은 상향링크에서 송수신 전환시간을 확보할 수 있다.
기지국의 FDD 상향링크 프레임(201)과 중계국의 FDD 상향링크 프레임(211)의 프레임 동기를 맞추기 위해서, 중계국의 FDD 상향링크 프레임(211)은 기지국의 FDD 상향링크 프레임(201)의 IdleTime(204) 보다 작은 R_IdleTime(214)을 가지게 된다. 즉, Tad = IdleTime - R_IdleTime 값이 된다. IdleTime(204) 및 R_IdleTime(214)는 상향링크 프레임들 간의 간섭을 방지하기 위하여 연속된 프레임들 간에 삽입되는 유휴시간을 의미한다.
이때 상기 IdleTime(204)은 네트워크 진입 과정에서 기지국이 중계국 및 단말에게 방송(broadcasting)하는 시스템 정보에 해당되며, 상기 R_IdleTime(214)는 기지국으로부터 중계국으로 수신되는 정보를 의미한다. 즉 중계국은 기지국으로부터 상기 IdleTime(204) 및 R_IdleTime(214)을 수신하고, 상기 IdleTime(204)과 상기 R_IdleTime(214)의 차에 의해 Tad 값을 결정한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국과 중계국에서 사용되는 비동기식 TDD 프레임의 구조를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 기지국 TDD 프레임(301)은 하향링크 엑세스존(302), 하향링크 릴레이존(303), 기지국의 송수신 전환시간(Transmit/receive Transition Gap: TTG)(321), 상향링크 엑세스존(304), 상향링크 릴레이존(305)으로 구성된다. 중계국 TDD 프레임(311)은 하향링크 엑세스존(312), 하향링크 릴레이존(313), R_IdleTime(332), 상향링크 엑세스존(314), 상향링크 릴레이존(315)로 구성된다.
기지국 TDD 프레임(301)에서는 하향링크에서 상향링크로의 전환 시 송수신 전환이 필요하고, 중계국 TDD 프레임(311)에서는 하향링크 릴레이존(313)이 시작되기 직전 하향링크 엑세스존(312)의 TTG(331) 동안 송신모드에서 수신모드로의 전환이 일어나고, 상향링크 엑세스존(314)과 상향링크 릴레이존(315) 사이의 Tad(333)에서 수신모드에서 송신모드로 전환이 일어난다. 송신모드에서 수신모드로의 전환을 위하여 중계국 하향링크 프레임의 하향링크 엑세스존(3123)는 하나 이상의 OFDM 심볼로 이루어지는 TTG(331)로 종료되도록 구성된다. 상향링크 프레임(314,315)에서는 중계국의 상향링크 엑세스존(314)을 기지국의 상향링크 엑세스존(304) 보다 Tad(322) 만큼 먼저 시작하게 되면, 상향링크 엑세스존(314)과 상향링크 릴레이존(315) 사이에 Tad(333) 만큼의 시간 간격이 발생하게 되어, OFDM 심볼의 낭비 없이 중계국이 수신모드에서 송신모드로 전환할 수 있다. Tad는 Tad = TTG(321) - R_IdleTime(332) 과 같이 표현 가능하다.
이때 상기 TTG(321)는 네트워크 진입 과정에서 기지국이 중계국 및 단말에게 방송하는 시스템 정보에 해당되며, 상기 R_IdleTime(332)는 기지국으로부터 중계국으로 수신되는 정보를 의미한다. 즉 중계국은 기지국으로부터 상기 TTG(321) 및 R_IdleTime(332)을 수신하고, 상기 TTG(321)와 상기 R_IdleTime(332)의 차에 의해 Tad 값을 결정한다.
도 2 및 3에서와 같이 중계국의 상향링크 프레임의 시작을 기지국의 프레임보다 Tad 만큼의 먼저 시작하거나 지연하게 되면, 중계국의 송신모드에서 수신모드로의 전환시나 수신모드에서 송신모드로의 전환시에 OFDM 심볼의 낭비가 발생하지 않게 된다. 하지만, 이럴 경우에 도 1에서와 같이 기지국 및 중계국 프레임에서의 상호 인접셀 간섭 문제가 발생하게 될 수 있다. 후술되는 실시예에서는 인접셀 간섭 문제가 발생하지 않도록 Tad의 값을 적절히 설정하는 방안을 제안한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 상향링크 OFDM 심볼의 복조과정을 도시한 도면이다. 여기서 단말1은 기지국에 의해서 서비스되고, 단말2는 인접국(인접 기지국 또는 인접 중계국)에 의해서 서비스된다.
도 4를 참조하면, 401은 단말1에서 전송한 N번째 OFDM 심볼(410)과 N+1번째 OFDM 심볼(412)이 기지국에 수신되는 시점을 도시한 것이다. 기지국은 N번째 OFDM 심볼(410)과 N+1번째 심볼(412)을 수신하였을 경우, 상기 각 심볼(410,412)의 범위 내에서 FFT 윈도우만큼의 샘플들을 취하여 FFT를 통해서 송신신호를 복원해 낸다. FFT 윈도우의 크기는 일반적으로 OFDM 심볼의 CP(Cyclic Prefix)를 제외한 부분의 크기와 동일하다. 기지국은 단말1로부터 N번째 OFDM 심볼(410)과 N+1 번째 OFDM 심볼(412)을 수신함과 동시에, 단말2로부터 M번째 OFDM 심볼(414,418,420,422)과 M+1번째 OFDM 심볼(416)도 함께 연속하여 수신하게 된다. 단말2의 신호는 기지국에서 복조하고자 하는 신호가 아니므로, 간섭으로 간주되며 제거되어야 한다. 단말2에서의 OFDM 심볼들이 기지국에 도착하는 시점(Timing)에 따라서, 기지국에서의 간섭상황이 달라지게 되는데, 이를 402부터 405까지 도시하였다.
OFDM 심볼의 복조과정에서는 OFDM 심볼을 구성하는 부반송파(sub-carrier)의 직교성(orthogonality)을 유지시키는 것이 매우 중요한데, 상기 직교성을 유지시키기 위해서는 복조하고자 하는 FFT 윈도우 내에서 간섭 신호의 위상(phase)의 변화가 없어야 한다. 상기 위상의 변화는 OFDM 심볼들 사이에서 일반적으로 발생한다.
402는 단말1에서 기지국으로 전송한 OFDM 심볼들(410,412)과 같은 시점에서 단말2의 OFDM 심볼들(414,416)이 기지국에 도착하는 경우를 도시한 것이다. 이 경우 M번째 OFDM 심볼(414)의 시작점 'A1' 와 M번째 OFDM 심볼(414)의 끝점이자 M+1번째 OFDM 심볼(416)의 시작점 'B1', 그리고 M+1번째 OFDM 심볼(416)의 끝점 'C1'에서 위상의 변화가 발생한다. 402의 경우에는 'A1', 'B1', 'C1' 모두가 단말1로부터의 N번째 및 N+1번째 OFDM 심볼들(410,412)의 FFT 윈도우 밖에 위치하므로, M번째 및 M+1번째 OFDM 심볼들(414,416)은 기지국에서 수신하는 단말1의 OFDM 심볼들(410,412)에 간섭을 미치지 않는다.
403은 단말2의 M번째 OFDM 심볼(418)이 N번째 OFDM 심볼(410)보다 먼저 도착하는 경우를 도시하였다. 이 경우도, M번째 OFDM 심볼(418)의 시작점 'A2' 와 M번째 OFDM 심볼(418)의 끝점이자 M+1번째 OFDM 심볼의 시작점 'B2', 그리고 M+1번째 OFDM 심볼의 끝점 'C2' 모두가 N번째 및 N+1번째 OFDM 심볼(410,412)의 FFT 윈도우 밖에 위치하므로, 기지국에서 수신하는 단말1의 OFDM 심볼(410,412)에 간섭이 일어나지 않는다.
404는 단말2의 M번째 OFDM 심볼(420)이 N번째 OFDM 심볼(410)보다 먼저 도착하는 경우를 도시하였다. 이 경우 M번째 OFDM 심볼(420)의 끝점이자 M+1번째 OFDM 심볼의 시작점 'B3', 그리고 M+1번째 OFDM 심볼의 끝점 'C3'가 N번째 및 N+1번째 OFDM 심볼(410,412)의 FFT 윈도우 안에 존재하므로, 단말1에서 전송한 OFDM 심볼(410,412)에 간섭이 발생하여 직교성이 깨지는 현상이 발생한다.
405는 단말2의 M번째 OFDM 심볼(422)이 N번째 OFDM 심볼(410)보다 나중에 도착하는 경우를 도시하였다. 이 경우도 M번째 OFDM 심볼(422)의 시작점 'A4' 와 M번째 OFDM 심볼(418)의 끝점이자 M+1번째 OFDM 심볼의 시작점 'B4'가 N번째 및 N+1번째 OFDM 심볼(410,412)의 FFT 윈도우 안에 존재하므로, 단말1에서 전송한 OFDM 심볼(410,412)에 간섭이 발생하여 직교성이 깨지는 현상이 발생한다.
단말1에서 전송한 OFDM 심볼들을 간섭 없이 복조하기 위해서는 인접국(기지국 또는 중계국)에서의 상향링크 전송시점을 제한할 필요가 있다. 또한 중계국의 상향링크 억세스존과 릴레이존 사이의 Tad는 간섭이 최소화되도록 결정될 필요가 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 인접기지국에 의한 상향링크 프레임의 수신을 도시한 도면이다. 여기서 단말1은 기지국에 의해서 서비스되고, 단말2는 인접국(인접 기지국 또는 인접 중계국)에 의해서 서비스된다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 501,503은 단말1에서 전송한 N번째 OFDM 심볼(510)과 N+1번째 OFDM 심볼(512)이 기지국에 수신되는 시점을 도시한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 502은 단말2에서 인접국으로 전송하는 M번째 OFDM 심볼(514)과 M+1번째 OFDM 심볼(516)을 기지국이 수신한 시점을 도시한 도면이다. 단말2에서 M번째 및 M+1번째 OFDM 심볼(514,516)을, N번째 및 N+1번째 OFDM 심볼(510,512)보다 Tad만큼 먼저 전송한 경우, Tad가 '0' 이상 'CP' 이하의 값을 가져야만, OFDM 심볼들간의 상호 간섭을 방지하고 FFT 윈도우 내에서 OFDM 심볼들의 직교성이 깨지는 현상을 방지할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 503과 504의 경우, 단말 2가 인접국으로 OFDM 심볼들(518,520)을 Tad 만큼의 시간 지연을 가지고 전송할 경우, Tad는 '0' 이상 'CP' 이하의 값을 가져야, FFT 윈도우 내에서 OFDM 심볼들의 직교성이 깨지는 현상을 방지할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 OFDM 통신 시스템에서 인접국에 의한 상향링크 프레임의 수신을 도시한 도면이다. 여기서 단말1은 기지국에 의해서 서비스되고, 단말2는 인접국(인접 기지국 또는 인접 중계국)에 의해서 서비스된다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 601,603은 단말1에서 전송한 N번째 OFDM 심볼(610)과 N+1번째 OFDM 심볼(612)이 기지국에 수신되는 시점을 도시한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 602는 단말2에서 인접국으로 전송하는 M번째 OFDM 심볼(614)과 M+1번째 OFDM 심볼(616)을 기지국이 수신한 시점을 도시한 도면이다. 단말2에서 M번째 및 M+1번째 OFDM 심볼(614,616)을 N번째 및 N+1번째 OFDM 심볼(610,612)보다 Tad만큼 먼저 전송한 경우, Tad가 '하나의 OFDM 심볼-CP 길이' 이상 '하나의 OFDM 심볼' 이하의 값을 가져야만, OFDM 심볼들 간의 상호 간섭을 방지하고 FFT 윈도우 내에서 OFDM 심볼의 직교성이 깨지는 현상을 방지할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 603과 604의 경우, 단말 2가 인접국으로 OFDM 심볼들(618,620)을 Tad 만큼 시간 지연을 가지고 전송할 경우, Tad는 하나의 OFDM 심볼-CP 길이' 이상 '하나의 OFDM 심볼' 이하의 값을 가져야, FFT 윈도우 내에서 OFDM 심볼의 직교성이 깨지는 현상을 방지할 수 있다.
도 5와 도 6에서와 같이 중계국 프레임에서 Tad를 설정할 때, Tad는 하기의 <수학식 1> 및 <수학식 2>과 같이 두 가지 방식으로 설정 가능하다.
Figure 112010069115287-pat00001
Figure 112010069115287-pat00002
Figure 112010069115287-pat00003
Figure 112010069115287-pat00004
여기서 Ts는 하나의 OFDM 심볼의 길이를 의미하고, Tb는 OFDM 심볼에서 CP를 제외한 부분의 길이를 의미한다. 또한 상기 수학식들은 도 3과 도 4에서의 IdleTime, TTG, R_IdleTime 으로도 표현 가능하다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기지국에서의 중계국 프레임 설정 시에 기지국과 중계국에 의한 상향링크 통신 동작을 도시한 흐름도이다.
도 7a를 참조하면, 과정 702에서 기지국은 중계국의 네트워크 진입(Network Entry) 과정에서 중계국으로부터 송신모드에서 수신모드로 전환하기 위해 걸리는 물리적인 시간인 TTG(Transmit/receive Transition Gap)와 수신모드에서 송신모드로 전환하기 위해 걸리는 물리적인 시간인 RTG(Receive/transmit transition Gap)를 수신하고, 과정 704에서 상기 <수학식 1> 또는 <수학식 2>에서 정의한 바와 같이 Tad 또는 R_IdleTime의 최대값 및 최소값을 확인한다. 상기 TTG 및 RTG와 Tad 또는 R_IdleTime의 범위를 확인한 후, 과정 706에서 기지국은 중계국의 Tad 또는 R_IdleTime을 설정하고, 과정 708에서 상기 설정된 Tad 또는 R_IdleTime을 중계국으로 전송한다. 이후 기지국은 상기 Tad 또는 R_IdleTime에 따라 결정된 상향링크 프레임을 사용하여 중계국과 통신을 수행한다.
도 7b를 참조하면, 과정 710에서 중계국은 중계국 자신의 TTG 및 RTG을 네트워크 진입 과정에서 기지국으로 전송하고, 과정 712에서 기지국에서 결정한 Tad 또는 R_IdleTime을 수신한다. 과정 714에서 중계국은 상기 수신한 Tad 또는 R_IdleTime을 이용하여 상향링크 프레임의 구조를 결정하고, 과정 716에서 상기 결정된 구조의 상향링크 프레임 구조를 사용하여 기지국 및 단말과 통신을 수행한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 중계국에서 중계국 프레임 설정 시에 기지국과 중계국에 의한 상향링크 통신 동작을 도시한 흐름도이다.
도 8a를 참조하면, 과정 802에서 기지국은 중계국의 네트워크 진입 과정에서 중계국으로부터 송신모드에서 수신모드로 전환하기 위해 걸리는 물리적인 시간인 TTG와 수신모드에서 송신모드로 전환하기 위해 걸리는 물리적인 시간인 RTG을 수신하고, 과정 804에서 중계국에서 결정한 Tad 또는 R_IdleTime을 수신한다. 과정 806에서 기지국은 상기 수신한 Tad 또는 R_IdleTime을 이용하여 상향링크 프레임의 구조를 결정하며, 과정 808에서 상기 결정된 구조의 상향링크 프레임을 이용하여 중계국과 통신을 수행한다.
도 8b를 참조하면, 과정 810에서 중계국은 중계국 자신의 TTG 및 RTG를 네트워크 진입 시에 기지국으로 전송하고, 과정 812에서 상기 <수학식 1> 또는 <수학식 2>에 따라 Tad 또는 R_IdleTime의 최대값 및 최소값을 확인한다. 과정 814에서 중계국은 상기 TTG 및 RTG와 Tad 또는 R_IdleTime의 범위를 확인한 후 중계국의 Tad 또는 R_IdleTime을 설정한다. 과정 816에서 중계국은 상기 설정된 Tad 또는 R_IdleTime을 기지국으로 전송한다. 중계국은 상기 Tad 또는 R_IdleTime에 따라 결정된 상향링크 프레임을 사용하여 기지국 및 단말과 통신을 수행한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선통신 시스템에서 중계국의 구조를 도시하고 있다.
도 9에 도시된 바와 같이 중계국은 송신 장치(901), 수신 장치(903), 타이밍 제어기(905) 및 RF(Radio Frequency) 스위치(907)를 포함하여 구성된다.
송신 장치(901)는 프레임 생성기(909), 자원 매핑기(911), 변조기(913) 및 디지털/아날로그 변환기(Digital/Analog Converter: DAC)(915)를 포함하여 구성된다.
프레임 생성기(909)는 타이밍 제어기(905)로부터 제공되는 제어 신호에 따라 프레임을 생성한다. 예를 들어, 프레임 생성기(909)는 Tad 또는 R_IdleTime을 이용하여 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 중계국의 TTG 또는 RTG를 사용하지 않도록 상향링크 프레임에서의 프레임을 구성한다. 이때, Tad 또는 R_IdleTime 은 <수학식 1> 또는 <수학식 2>에서의 최소값과 최대값 범위 내에서 설정되거나 기지국으로부터 설정받은 값을 사용한다.
자원 매핑기(911)는 프레임 생성기(909)로부터 제공받은 각 프레임들을 해당 링크의 버스트에 할당하여 출력한다. 변조기(913)는 자원 매핑기(911)로부터 제공받은 각 링크의 버스트에 할당된 프레임들을 해당 변조 및 코딩 방식(Modulation and Coding Scheme: MCS) 레벨에 따라 변조한다. 디지털/아날로그 변환기(915)는 변조기(913)로부터 제공받은 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 RF 스위치(907)로 출력한다. RF 스위치(907)는 상기 아날로그 신호를 RF 신호로 변환하여 안테나를 통해 송신한다.
수신 장치(903)는 아날로그/디지털 변환기(Analog/Digital Converter: ADC) (917), 복조기(919), 자원 디매핑기(921) 및 프레임 추출기(923)를 포함하여 구성된다.
아날로그/디지털 변환기(917)는 RF 스위치(907)를 통해 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 복조기(919)는 아날로그/디지털 변환기(917)로부터 제공받은 디지털 신호를 해당 변조 수준(MCS 레벨)에 따라 복조하여 출력한다. 자원 디매핑기(921)는 복조기(919)로부터 제공받은 각 링크의 버스트에 할당된 프레임들을 추출한다. 프레임 추출기(923)는 상기 자원 디매핑기(921)로부터 제공되는 프레임에서 중계국에 해당하는 프레임을 추출한다.
RF 스위치(907)는 타이밍 제어기(905)의 제어에 따라 기지국, 단말 및 다른 중계국과 송수신하는 신호를 송신 장치(901)와 수신 장치(903)로 연결한다.
타이밍 제어기(905)는 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이 구성된 상향링크 프레임에서의 Tad 또는 R_IdleTime을 이용하여 중계국의 TTG 또는 RTG를 사용하지 않도록 프레임의 구성 및 타이밍을 결정한다. 이때, Tad 또는 R_IdleTime은 <수학식 1> 또는 <수학식 2>에서의 최소값과 최대값 범위 내에서 설정되거나 기지국으로부터 설정받은 값을 사용한다.
또한 타이밍 제어기(905)는 상기 프레임 구성 방식에 따라 신호를 송수신하기 위한 제어 신호를 발생시킨다. 구체적으로, 타이밍 제어기(905)는 중계국의 TTG와 RTG에 대한 정보를 이용하여 송신 장치(901)와 수신 장치(903)가 모드 전환을 수행하도록 제어 신호를 발생시킨다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (12)

  1. 무선 통신 시스템에서 중계국이 상향링크 통신을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 중계국의 전송을 지원하는 제1 상향링크 영역과, 상기 중계국의 수신을 지원하는 제2 상향링크 영역을 포함하는 주파수 분할 이중화(frequency division duplex: FDD) 프레임을 구성하는 과정과,
    상기 FDD 프레임을 이용하여 상향링크 통신을 수행하는 과정을 포함하며,
    상기 FDD 프레임에서 상기 제1 상향링크 영역과 상기 제2 상향링크 영역 사이의 시간 간격은 제1 유휴 시간 간격과 제2 유휴 시간 간격 간의 차이값을 기반으로 결정되고, 상기 제1 유휴 시간 간격은 기지국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미하고, 상기 제2 유휴 시간 간격은 상기 중계국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미함을 특징으로 하는 상향링크 통신 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 상향링크 영역과 상기 제2 상향링크 영역 사이의 시간 간격 Tad는 하기 수학식에 따른 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 상향링크 통신 방법.
    0 ≤ Tad ≤ CP(Ts-Tb) 또는 Tb ≤ Tad ≤ Ts
    여기서 Ts는 하나의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼의 길이를 의미하고, Tb는 OFDM 심볼에서 CP(cyclic prefix)를 제외한 부분의 길이를 의미함.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 유휴 시간 간격 R_IdleTime은 하기 수학식에 따른 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 상향링크 통신 방법.
    IdleTime(or TTG) - (Ts-Tb) ≤ R_IdleTime ≤ IdleTime(or TTG),
    IdleTime(or TTG) - Ts ≤ R_IdleTime ≤ IdleTime(or TTG)-Tb
    여기서 IdleTime은 상기 제1 유휴 시간 간격을 의미하고, Ts는 하나의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼의 길이를 의미하고, Tb는 OFDM 심볼에서 CP(cyclic prefix)를 제외한 부분의 길이를 의미함.
  4. 무선 통신 시스템에서 중계국이 상향링크 통신을 수행하는 방법에 있어서,
    하향링크 전송 구간과 상향링크 전송 구간을 포함하도록 시간 분할 이중화(time division duplex: TDD) 프레임을 구성하는 과정과,
    상기 구성한 TDD 프레임을 이용하여 상향링크 통신을 수행하는 과정을 포함하며,
    상기 TDD 프레임에 포함된 상기 상향링크 전송 구간이 상기 중계국의 전송을 지원하는 제1 상향링크 영역과, 상기 중계국의 수신을 지원하는 제2 상향링크 영역을 포함하며, 상기 제1 상향링크 영역과 상기 제2 상향링크 영역 사이의 시간 간격은 제1 유휴 시간 간격과 제2 유휴 시간 간격 간의 차이값을 기반으로 결정되고, 상기 제1 유휴 시간 간격은 기지국에서 사용되는 하나의 TDD 프레임에 포함된 하향링크 전송 구간과 상향링크 전송 구간 간에 시간 간격을 의미하고, 상기 제2 유휴 시간 간격은 상기 구성한 TDD 프레임에 포함된 상기 하향링크 전송 구간과 상기 상향링크 전송 구간 간에 시간 간격을 의미함을 특징으로 하는 상향링크 통신 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제1 상향링크 영역과 상기 제2 상향링크 영역 사이의 시간 간격 Tad는 하기 수학식에 따른 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 상향링크 통신 방법.
    0 ≤ Tad ≤ CP(Ts-Tb) 또는 Tb ≤ Tad ≤ Ts
    여기서 Ts는 하나의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼의 길이를 의미하고, Tb는 OFDM 심볼에서 CP(Cyclic Prefix)를 제외한 부분의 길이를 의미함.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 유휴 시간 간격 R_IdleTime은 하기 수학식에 따른 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 상향링크 통신 방법.
    IdleTime(or TTG) - (Ts-Tb) ≤ R_IdleTime ≤ IdleTime(or TTG),
    IdleTime(or TTG) - Ts ≤ R_IdleTime ≤ IdleTime(or TTG) -Tb
    여기서 IdleTime은 상기 제1 유휴 시간 간격을 의미하고, Ts는 하나의 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 심볼의 길이를 의미하고, Tb는 OFDM 심볼에서 CP(cyclic prefix)를 제외한 부분의 길이를 의미함.
  7. 무선 통신 시스템에서 상향링크 통신을 수행하는 중계국에 있어서,
    상기 중계국의 전송을 지원하는 제1 상향링크 영역과, 상기 중계국의 수신을 지원하는 제2 상향링크 영역을 포함하는 주파수 분할 이중화(frequency division duplex: FDD) 프레임을 구성하는 제어기와,
    상기 FDD 프레임을 이용하여 상향링크 통신을 수행하는 통신 유닛을 포함하며,
    상기 FDD 프레임에서 상기 제1 상향링크 영역과 상기 제2 상향링크 영역 사이의 시간 간격은 제1 유휴 시간 간격과 제2 유휴 시간 간격 간의 차이값을 기반으로 결정되고, 상기 제1 유휴 시간 간격은 기지국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미하고, 상기 제2 유휴 시간 간격은 상기 중계국에서 사용되는 FDD 프레임들 간에 시간 간격을 의미함을 특징으로 하는 중계국.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1 상향링크 영역과 상기 제2 상향링크 영역 사이의 시간 간격 Tad는 하기 수학식에 따른 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 중계국.
    0 ≤ Tad ≤ CP(Ts-Tb) 또는 Tb ≤ Tad ≤ Ts
    여기서 Ts는 하나의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼의 길이를 의미하고, Tb는 OFDM 심볼에서 CP(Cyclic Prefix)를 제외한 부분의 길이를 의미함.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 유휴 시간 간격 R_IdleTime은 하기 수학식에 따른 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 중계국.
    IdleTime(or TTG) - (Ts-Tb) ≤ R_IdleTime ≤ IdleTime(or TTG),
    IdleTime(or TTG) - Ts ≤ R_IdleTime ≤ IdleTime(or TTG)-Tb
    여기서 IdleTime은 제1 유휴 시간 간격을 의미하고, Ts는 하나의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼의 길이를 의미하고, Tb는 OFDM 심볼에서 CP(Cyclic Prefix)를 제외한 부분의 길이를 의미함.
  10. 무선 통신 시스템에서 상향링크 통신을 수행하는 중계국에 있어서,
    하향링크 전송 구간과 상향링크 전송 구간을 포함하도록 시간 분할 이중화(time division duplex: TDD) 프레임을 구성하는 제어기와,
    상기 구성한 TDD 프레임을 이용하여 상향링크 통신을 수행하는 통신 유닛을 포함하며,
    상기 TDD 프레임 에 포함된 상기 상향링크 전송 구간이 상기 중계국의 전송을 지원하는 제1 상향링크 영역과, 상기 중계국의 수신을 지원하는 제2 상향링크 영역을 포함하며, 상기 제1 상향링크 영역과 상기 제2 상향링크 영역 사이의 시간 간격은 제1 유휴 시간 간격과 제2 유휴 시간 간격 간의 차이값을 기반으로 결정되고, 상기 제1 유휴 시간 간격은 기지국에서 사용되는 하나의 TDD 프레임에 포함된 하향링크 전송 구간과 상향링크 전송 구간 간에 시간 간격을 의미하고, 상기 제2 유휴 시간 간격은 상기 구성한 TDD 프레임에 포함된 상기 하향링크 전송 구간과 상기 상향링크 전송 구간 간에 시간 간격을 의미함을 특징으로 하는 중계국.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 상향링크 영역과 상기 제2 상향링크 영역 사이의 시간 간격 Tad는 하기 수학식에 따른 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 중계국.
    0 ≤ Tad ≤ CP(Ts-Tb) 또는 Tb ≤ Tad ≤ Ts
    여기서 Ts는 하나의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼의 길이를 의미하고, Tb는 OFDM 심볼에서 CP(Cyclic Prefix)를 제외한 부분의 길이를 의미함.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제2 유휴 시간 간격 R_IdleTime은 하기 수학식에 따른 범위 내에서 결정됨을 특징으로 하는 중계국.
    IdleTime(or TTG) - (Ts-Tb) ≤ R_IdleTime ≤ IdleTime(or TTG),
    IdleTime(or TTG) - Ts ≤ R_IdleTime ≤ IdleTime(or TTG)-Tb
    여기서 IdleTime은 제1 유휴 시간 간격을 의미하고, Ts는 하나의 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 심볼의 길이를 의미하고, Tb는 OFDM 심볼에서 CP(Cyclic Prefix)를 제외한 부분의 길이를 의미함.
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