KR101054077B1

KR101054077B1 - 단말-중계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법 및 이를 위한단말

Info

Publication number: KR101054077B1
Application number: KR1020080129452A
Authority: KR
Inventors: 김지형; 권동승; 이윤주; 이일신; 정재학
Original assignee: 인하대학교 산학협력단; 한국전자통신연구원
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: KR20100070761A

Abstract

본 발명은 단말-중계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법 및 이를 위한 단말에 관한 것이다.

음영 지역이나 셀 커버리지 외곽으로 이동하는 단말에 대해 기지국의 셀 내에 위치하는 단말 중 미리 설정된 기준에 부합한 단말을 이동형 중계국인 중계 단말로 설정하여, 음영 지역이나 셀 커버리지 외곽으로 이동한 단말과 기지국과의 통신이 지속적으로 유지될 수 있도록 한다. 따라서, 기지국과 단말 사이의 통신 두절 이후 레인징을 통한 기지국 재 접속 과정에서 발생하는 패킷 손실과 통신 지연이 없기 때문에, 실시간 통신이 가능하다.

seamless, 중계국, 음영 지역, 불투명 모드, CQI, 파일롯, 레인징, 피기백

Description

단말-중계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법 및 이를 위한 단말{Method for data transmission in mobile-relay station and mobile thereof}

일반적으로 무선 통신 시스템에서 기지국과 통신중인 단말이 음영지역이나 셀 커버리지 외곽지역에 위치할 경우, 기지국과의 통신 두절이 발생하기 때문에 레인징을 통한 기지국 재 접속 과정을 필요로 한다. 이에 대해 도 1 및 도 2를 참조로 설명하기로 한다.

도 1은 일반적인 고정형 중계국 기반의 무선 통신 환경을 나타낸 예시도이고, 도 2는 일반적인 고정형 중계국 기반의 중계국 접속 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 1과 같이 일반적인 무선 통신 시스템은 기지국(10)과 고정형 중계국(20, 30), 그리고 기지국이 관할하는 단말(40, 50, 60)이 존재한다. 기지국(10)으로부터의 하향링크 신호를 받지 못하는 음영 지역으로 이동하는 단말(30, 50)과 셀 영역 밖으로 이동하는 단말(40)이 존재하는 경우, 중계국(20, 30)은 단말(40, 50, 60)의 서비스 품질을 향상하기 위해 사용된다. 따라서, 중계국(20, 30)을 사용함으로써 단말(40, 50, 60)은 용량 향상이나 비트 오류율 성능 향상 그리고 전송거리 확장을 통한 데이터의 안정적인 전송 효과를 얻을 수 있다.

중계국(20, 30) 도입에 따른 안정적인 데이터 전송 성능의 향상을 위해, 중계국(20, 30)은 기지국(10)의 신호를 수신한 후, 단말(40, 50, 60)에 송신하는 증폭 후 전달(Amplify and forward)과 복호 후 전달(Decode and forward) 방법을 사용한다. 증폭 후 전달 방법은 중계국(20, 30)이 기지국(10)으로부터 수신한 신호의 전력을 중계국(20, 30) 송신 전력으로 증폭한 후 단말(40, 50, 60)에 전달하는 방법이다.

일반적인 무선 통신 환경에서 단말(40, 50, 60)이 음영지역이나 셀 외곽으로 움직이는 상황에서 기지국(10)과의 통신 두절 후 중계국(20, 30)과의 접속을 통해 기지국(10)과의 통신을 재 접속하는 절차는 도 2에 도시된 바와 같다.

도 2를 참조하면, 기지국(10)은 단말(50)과 ARQ 신호의 교환을 통해 단말(50)과의 통신 유지를 확인한다(S10). 만약 기지국(10)이 단말(50)로부터 타임 아웃(time-out)이 발생하였는지 여부를 판단하고 타임 아웃이 발생할 때까지 ACK 혹은 NACK 신호를 받지 못하면, 기지국(10)은 이전의 신호를 재 전송한다(S20). 그러나 타임 아웃이 발생할 때까지 단말(50)로부터 응답 신호를 수신하지 못한 기지국(10)은 단말로의 신호 전송을 중지한다(S30). 이와 동시에 기지국(10)으로부터 일정 시간동안 신호를 받지 못한 단말(50)은 기지국(10)과의 통신 두절을 인식하고(S40), 중계국(20)으로 접속을 통해 레인징 과정을 실시한다.

중계국(20)은 기지국(10)으로 단말(50)의 재 접속을 위한 등록 절차를 위해 기지국(10)과의 레인징을 실시한다. 기지국(10)은 중계국(20)으로 레인징 응답을 통해, 단말(50)이 기지국(10)에 등록되는 것을 허락한다. 이 과정에서 단말(50)은 중계국(20)으로 레인징을 위한 메시지들을 송수신하고(S50, S60), 중계국(20)은 다시 기지국(10)으로 단말의 재 접속을 위한 등록 절차를 위해 기지국과의 레인징 절차를 실시한다(S70, S80). 이후, 중계국(20)은 단말(50)로 레인징 응답을 통해 기지국(10)과의 통신을 재개하도록 한다(S90).

이와 같은 과정을 바탕으로 기지국(10)과 음영지역이나 셀 외곽으로 움직이는 단말(50)이 통신 두절 후 중계기를 통하여 재 접속할 경우, 통신 지연과 패킷 손실이 발생하기 때문에 실시간 통신의 서비스 품질(QoS: Quality of Service)을 보장하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 기지국과 통신중에 있는 단말이 셀 외곽지역이나 음영지역으로 이동하였을 경우, 단말과 기지국의 연결이 끊어지지 않고 지속적으로 통신할 수 있도록 하는 단말-중계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법 및 이를 위한 단말을 제공한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 방법은,

기지국으로부터 채널 품질 정보 요청 신호를 수신하면, 응답 신호를 전송하는 단계; 상기 기지국으로부터 단말-중계국 변환 요청 신호를 수신하는 단계; 이웃한 단말이 상기 기지국으로 전송하는 신호를 수신하여, 상기 이웃한 단말의 채널 품질 정보를 측정하는 단계; 상기 측정한 채널 품질 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및 상기 이웃한 단말로부터 데이터를 수신하면 상기 기지국으로 중계하는 단계를 포함한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 방법은,

복수의 단말로부터 수신한 복수의 채널 품질 정보와 미리 저장되어 있는 누적 채널 품질 정보를 토대로, 임계값을 결정하는 단계; 상기 복수의 채널 품질 정보 중 상기 임계값보다 작은 채널 품질 정보를 갖는 제1 단말이 있으면, 상기 임계 값보다 큰 채널 품질 정보를 갖는 복수의 제2 단말들로 단말-중계국 변환 신호를 각각 전송하는 단계; 상기 제2 단말들로부터 상기 제1 단말의 채널 품질 정보를 각각 수신하는 단계; 및 상기 각각 수신한 제1 단말의 채널 품질 정보를 토대로, 상기 제1 단말의 중계국 역할을 수행할 중계 단말을 선택하는 단계를 포함한다.

상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징인 단말은,

기지국으로부터 단말-중계국 변환 신호를 수신하거나, 이웃한 단말이 상기 기지국으로 전송하는 신호를 수신하는 신호 수신부; 상기 신호 수신부에서 수신한 상기 기지국으로 전송하는 신호를 토대로 상기 이웃한 단말의 채널 품질 정보를 측정하는 채널 품질 정보 측정부; 상기 채널 품질 정보 측정부에서 측정한 상기 이웃한 단말의 채널 품질 정보를, 상향 링크 슬롯에 포함하여 상기 기지국으로 송신하는 신호 송신부; 및 상기 신호 수신부가 상기 단말-중계국 변환 신호를 수신하면, 모드를 단말 모드에서 중계국 모드로 변환하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 음영 지역이나 셀 커버리지 외곽에 존재하는 단말과 기지국과의 통신이 지속적으로 유지됨으로써, 기지국과 단말 사이의 통신 두절 이후 레인징을 통한 기지국 재 접속 과정에서 발생하는 패킷 손실과 통신 지연이 없기 때문에 실시간 통신이 가능하다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명 이 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

본 명세서에서 단말(terminal)은 이동국(Mobile Station, MS), 이동 단말(Mobile Terminal, MT), 가입자국(Subscriber Station, SS), 휴대 가입자국(Portable Subscriber Station, PSS), 사용자 장치(User Equipment, UE), 접근 단말(Access Terminal, AT) 등을 지칭할 수도 있고, 이동 단말, 가입자국, 휴대 가입자 국, 사용자 장치 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

본 명세서에서 기지국(Base Station, BS)은 접근점(Access Point, AP), 무선 접근국(Radio Access Station, RAS), 노드B(Node B), 송수신 기지국(Base Transceiver Station, BTS), MMR(Mobile Multihop Relay)-BS 등을 지칭할 수도 있고, 접근점, 무선 접근국, 노드B, 송수신 기지국, MMR-BS 등의 전부 또는 일부의 기능을 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시예에는 음영 지역이나 셀 커버리지 외곽으로 움직이는 단말이 기지국과의 접속이 끊기기 이전에 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Indicator)의 통계적인 특성을 바탕으로 결정한 임계치를 기준으로, 중계국의 기능을 갖는 단말로의 끊김 없는(seamless) 접속을 통하여 패킷 손실과 통신 지연을 방지할 수 있는 방법을 제공한다. 이를 위해, 이하 도면을 참고로 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이동형 중계국 기반의 무선 통신 시스템의 예시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템은 셀 외곽이나 음영 지역에 존재하는 단말(또는 제2 단말)(300)은 상향 링크에서 이동형 중계국인 중계 단말을 통해 기지국(100)과 통신하는 셀 환경을 갖는다. 여기서 중계 단말은 단말로의 기능도 수행하고 중계국으로의 기능도 수행할 수 있는 단말을 의미한다.

이와 같은 환경에서 중계국의 기능과 단말의 기능을 모두 수행하는 단말(200)의 구조와, 단말이 중계 단말로 전환되어 기지국(100)에 접속하는 절차에 대하여 도 4 및 도 5를 참조로 설명하기로 한다. 여기서 도 5에서 제1 단말(200)은 기지국(100)이 관할하는 영역에 포함되며 중계국으로의 기능도 함께 수행할 수 있는 단말이며, 제2 단말(300)은 음영 지역에 존재하는 단말이라고 가정한다.

먼저 단말의 구조에 대하여 설명하자면, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단 말의 구조도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제1 단말(200)은 신호 수신부(210), 채널 품질 정보 측정부(220), 신호 송신부(230) 및 제어부(240)를 포함한다.

신호 수신부(210)는 기지국(100)이 단말의 채널 품질 정보를 측정하기 위해 전송하는 신호를 수신하거나, 제1 단말(200)이 중계국으로의 기능도 수행하도록 요청하기 위해 기지국(100)이 송신하는 단말-중계국 변환 신호를 수신한다. 또한, 제1 단말(200)이 중계국의 기능을 수행하고 있는 중일 경우에는, 음영 지역에 있는 제2 단말(300)이 기지국(100)으로 전송한 신호를 수신하여 기지국(100)으로 전달될 수 있도록 하며, 제2 단말(300)의 채널 품질 정보도 측정될 수 있도록 한다.

채널 품질 정보 측정부(220)는 신호 수신부(210)가 수신한 제2 단말(300)의 신호를 수신하여, 제2 단말(300)에 대한 채널 품질 정보를 측정한다.

신호 송신부(230)는 기지국(100)이 단말 자신에 대한 채널 품질 정보 측정을 위해 송신한 신호의 응답 신호를 기지국(100)으로 송신하거나, 제2 단말(300)이 기지국(100)으로 전송하고자 하는 신호를 중계하여 전달하기도 한다. 또한, 채널 품질 정보 측정부(220)에서 측정한 음영 지역의 채널 품질 정보를 송신한다.

제어부(240)는 기지국(100)으로부터 단말-중계국 변환 신호를 수신할 경우, 제1 단말(200)이 중계국으로의 기능도 함께 수행할 수 있도록 단말 모드의 변화를 제어한다.

이와 같은 단말이 위치된 시스템에서, 단말의 중계국을 통한 신호 송수신 절 차에 대하여 도 5를 참조로 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동형 중계국 기반의 시스템에서 중계국을 이용한 신호 송수신 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 기지국(100)은 제1 단말(200)과 제2 단말(300)로 채널 품질 정보를 측정하기 위한 메시지를 송신하면(S100), 제1 단말(200)과 제2 단말(300)은 수신한 메시지를 수신하였음을 알리는 메시지를 기지국(100)에 전송한다(S110, S115). 이때, 기지국(100)이 단말들로부터 타임 아웃이 발생할 때까지 ACK 또는 NACK 신호를 받지 못한다면, 기지국(100)은 S100 단계에서 전송한 신호를 재 전송한다.

기지국(100)은 S110 단계와 S115 단계를 통해 제1 단말(200)과 제2 단말(300)로부터 수신한 신호를 토대로 각 단말의 채널 품질 정보를 실시간으로 모니터링하여 채널 품질 정보를 측정한다(S120). 그리고 나서, 기지국(100)은 이전까지 모니터링한 채널 품질 정보의 통계적인 특성을 바탕으로 측정한 제1 단말(200) 및 제2 단말(300)의 채널 품질 정보에 대한 임계값을 결정한다. 그리고, S120 단계에서 새로 수신한 제1 단말(200) 및 제2 단말(300)의 채널 품질 정보와 비교한다(S130).

이때, 도 7에 도시된 통계적 특성을 이용하여 나타낸 가우시안 분포도를 이용하여 채널 품질 정보에 대한 임계치를 결정하며, 임계치 결정을 위한 분포도의 실시예에 대하여 도 7을 참조로 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 임계치 결정을 위한 분포도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 아웃티지의 확률을 낮추기 위해 기지국(100)은 각각의 단말의 채널 품질 정보를 분석하여, 해당 단말의 채널 품질 정보의 분포도를 추출한다. 그리고 분포도를 기반으로 임계치를 결정한다. 만약 도 3에 나타낸 바와 같이 단말이 음영 지역으로 이동하거나 셀 외곽쪽으로 이동한다고 가정하면, 다음 수학식 1과 같은 관계를 갖음을 알 수 있다.

즉, 수학식 1은 단말의 이동 속도와 채널 품질 정보의 관계, 단말과 기지국간의 거리와 채널 품질 정보의 관계가 반비례 관계를 갖는다는 것을 나타내고 있다. 또한, 시간 변화에 따른 거리의 변화량을 속도를 바탕으로 일정한 구간에서 시간 변화량에 따른 채널 품질 정보의 역수가 단말의 이동 속도와 비례하다는 것을 나타내고 있다.

수학식 1에서 V(t)는 음영 지역이나 셀 외곽으로 움직이는 단말의 속도를, CQI(t)는 현재 단말의 채널 품질 정보를 의미한다. 그리고 CQI(t-1)은 CQI(t)를 계산하기 이전 시간까지의 단말의 채널 품질 정보를 의미하며, △T는 일정 구간 동안의 시간 변화를 의미한다.

각 단말의 파일롯에 의해 측정된 채널 품질 정보는 레일레이 분포(Rayleigh distribution)를 가지고 있고, 모든 파일롯(pilot)에 의해 측정된 채널 품질 정보의 합은 중심 극한 이론(central limit theorem)에 의해 수학식 2와 같이 가우시안 형태로 표현할 수 있다. 여기서 레일레이 분포와 중심 극한 이론은 이미 알려진 사항으로, 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

수학식 2에서 각각의 요소는 다음과 같다

· m_t: 레일레이 분포를 갖는 파일롯에서 측정한 채널 품질 정보의 합의 평균

· y_i: 레일레이 분포를 갖는 파일롯에서 측정한 채널 품질 정보의 값

· M: 단말에서 중계국으로 상향 접속 시 전송한 파일럿의 개수

·

: 레일레이 분포를 갖는 파일롯에서 측정한 채널 품질 정보의 분산

·

: 분산을 나타내기 위한 상수 값

·ρ(t): 평균값 m_t과 분산

를 바탕으로 한 가우시안 분포도

수학식 2를 이용하면 도 7과 같이 가우시안 분포도를 구할 수 있다. 기지국(100)에서 PER(Packet Error Rate, 패킷 에러율)을 바탕으로 오류가 발생한 단말의 채널 품질 정보(540)와 오류가 발생하지 않은 채널 품질 정보(510)를 판단할 수 있다고 가정하면, 기지국(100)은 채널 품질 정보의 분포를 이용하여 채널 품질 정보의 임계치(520)를 결정할 수 있다.

그러나, 단순히 채널 품질 정보의 분포를 이용하여 임계치를 결정하는 것은 빠른 채널 페이딩의 경우 핑퐁현상(Ping-pong)의 문제점을 발생시킬 수 있다. 따라서, 임계치(520)를 결정하기 위해서는 핑퐁형산을 완화하도록 아래 수학식 3과 같이 로우 패스(low-pass)를 사용하여 값이 천천히 변화하도록 한다.

여기서, 각각의 요소는 다음과 같다.

·m(t): 현재 즉, 시간 t에서 측정된 채널 품질 정보

·

: 일정구간 내에서 t 시간 이전까지의 누적된 채널 품질 정보의 값

·α: 0≤α≤1 내에 존재하는 분산을 나타내기 위한 상수 값

도 6에서 임계값은 다음 수학식 4를 통해 결정된다.

여기서, 각각의 요소는 다음과 같다.

·

·ρ_error: 채널 품질 정보의 통계적인 특성으로부터 산출한 아웃티지 확률

·β: 핑퐁현상을 방지하기 위한 마진 값, 크기 변수(scale factor)

이전까지의 누적된 채널 품질 정보의 평균값

(550)와 채널 품질 정보아웃티지 확률의 임계치 ρ_error(530)의 값을 뺀 값에 핑퐁 현상을 방지하기 위한 마진 값인 크기 변수 β의 곱에 누적된 채널 품질 정보의 평균 값

(550) 차에서 제1 임계값(THR₁)을 구한다.

제1 임계값의 범위는 채널 품질 정보에 의해 아웃티지 발생 확률 ρ_error(530)을 갖는 영역과 누적된 채널 품질 정보의 평균

(705)내에서 적응적으로(adaptive) 움직인다. 이와 같은 방법으로 산출한 제1 임계값을 바탕으로, 채널 품질 정보 아웃티지 확률의 임계치 ρ_error(530)와 비교하여 큰 값을, 끊김 없는 중계국 접속을 위한 임계치(520)로 결정한다.

다음 도 5를 이어 설명하면, S120 단계에서 계산한 임계치보다 적은 채널 품질 정보를 갖는 단말이 셀 내에 존재하면 해당 단말과의 통신을 위해 중계국이 필요한 상황이기 때문에, 기지국(100)은 단말-중계국 변환 신호를 임계치 이하의 채널 품질 정보를 갖는 단말을 제외한 단말들에 전송한다(S140). 도 3에 도시된 단말 중 제1 단말(200) 하나만이 임계치 이상 채널 품질 정보를 갖는다고 가정하였기 때문에, 기지국(100)은 제1 단말(200)에 단말-중계국 변환 신호를 전송한다.

기지국(100)으로부터 단말-중계국 변환 신호를 수신한 제1 단말(200)의 제어부(240)의 제어에 따라 단말의 기능에서 중계국의 기능을 수행할 수 있는 형태로 모드 전환을 수행한다(S150). 이를 토대로 제1 단말(200)은 제2 단말(300)과 기지국(100)사이에 중계국으로써의 기능을 수행하는 중계 단말이 된다.

이후, 제2 단말(300)은 일반적인 단말이 데이터 송신할 때 이용하듯이 상향링크 프레임을 이용하여 데이터를 기지국(100)으로 전송한다(S160, S170). 반면에, 중계 단말은 제2 단말(300)이 기지국(100)으로 전송한 프레임의 파일롯을 수신하여 제2 단말(300)의 채널 품질 정보를 측정할 뿐만 아니라(S180), 제2 단말(300)이 기지국(100)으로 전송하려는 데이터도 함께 전송한다.

중계 단말은 제2 단말(300)의 채널 품질 정보를, 상향 링크 데이터 끝에 단말의 채널 품질 정보를 포함하여 전송하는 방식인 피기백 방식을 이용하여 기지국(100)으로 전송한다. 이때, 사용되는 프레임 구조에 대하여 도 6을 참조로 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 프레임 구조를 나타낸 예시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 하향링크의 프레임 구조는 일반적인 와이브로 프레임과 동일한 형태를 유지하며, 제2 단말(300)은 중계국의 기능을 갖지 않고 일반적으로 알려진 단말의 기능으로 동작한다. 상향링크 프레임 구조를 살펴보면, 제2 단말(300)은 상향링크 데이터를 중계 단말로 전송한다. 중계 단말은 중계국 기능이 가능한 단말-중계국의 형태를 유지하며, 제2 단말(300)로부터 수신한 프레임 내의 파일롯을 통하여 제2 단말(300)의 채널 품질 정보를 측정한다.

제1 단말(200)이 측정한 제2 단말(300)의 채널 품질 정보는 단말-중계국의 상향링크 데이터 끝에 추가하여 제2 단말(300)의 채널 품질 정보를 전송하는 방식인 피기백 방법으로 기지국(100)으로 전송한다. 도 5에 나타낸 프레임을 이용하여 제2 단말(300)이 데이터를 전송하고, 제2 단말(300)이 상향 데이터가 2 슬롯(slot) 이상이라고 가정한다.

그러면, 제2 단말(300)의 데이터 전송 시간에 중계 단말은 단지 1 슬롯만을 가지고 제2 단말(300)의 채널 품질 정보를 측정한다. 그리고 다음 슬롯 타임에 R-RTG에 의해 상향 링크로 전환되기 때문에, 추가적인 오버헤드가 없어 빠른 데이터 전송이 가능하다.

이에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 제2 단말(300)과 중계 단말이 상향 링크를 이용해 기지국(100)으로 데이터를 전송할 때 사용하는 슬롯이 2 슬롯이라고 가정한다. 그러면, 제2 단말(300)은 2 슬롯을 모두 이용하여 기지국(100)으로 데이터를 송신한다. 반면, 중계 단말은 2 슬롯 중 하나의 슬롯은 자신의 데이터를 기지국(100)으로 전송하는 데 사용하고, 다른 하나의 슬롯은 제2 단말(300)로부터 송신되는 신호를 수신하는데 이용한다. 그리고 중계 단말은 피기백 방법으로 기지국(100)에 제2 단말(300)로부터 수신한 데이터를 전송하는 방법을 이용한다.

다음 상기 도 5의 절차를 이어 설명하면, S130 단계의 판단 결과 임계치보다 작은 채널 품질 정보를 갖는 단말이 존재하며 임계치보다 큰 채널 품질 정보를 갖 는 단말이 다수인 경우, S190 단계에서 피기백으로 전송한 채널 품질 정보를 바탕으로 기지국(100)은 최적의 단말을 중계 단말로 결정한다(S200). 그리고, 제2 단말(300)과 통신이 끊어지기 전에 제2 단말(300)의 데이터를 수신한다.

즉, 본 발명의 실시예에서는 제1 단말(200)만이 임계치보다 큰 채널 품질 정보를 갖는다고 가정하였기 때문에 S200 단계를 통해 제1 단말(200)이 중계 단말로 선택된다. 그러나, 여러개의 단말이 임계치보다 큰 채널 품질 정보를 갖는다고 가정하면 각각의 단말이 S180 단계를 통해 각각 제2 단말(300)의 채널 품질 정보를 측정하고 이들 정보를 기지국(100)으로 전송하면, 기지국은 가장 좋은 채널 품질 정보를 측정한 단말을 중계 단말로 선택한다. 따라서 기지국(100)이 중계 단말로 최적의 단말을 선택하면, 제2 단말(300)은 중계 단말을 통해 기지국(100)과 통신을 지속적으로 유지할 수 있게 된다(S210).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 접속 방법을 따르면, 음영 지역 또는 셀 외곽에 존재하는 제2 단말(300)은 기지국(100)과의 통신이 두절되기 전에 중계 단말과의 끊김 없는 접속 과정을 통해 패킷 손실과 통신 지연을 최소화시킬 수 있다. 또한, 제2 단말(300)의 채널 품질 정보를 중계 단말을 통해 기지국(100)으로 전송함에 있어서 중계 단말의 상향 링크 데이터 끝에 제2 단말(300)의 채널 품질 정보를 전송하는 피기백 방식을 이용하여 전송하기 때문에, 프레임내의 오버헤드를 줄이고 빠르게 데이터를 전송할 수 있다. 이를 보이기 위해, IEEE 802.16j의 프레임을 예로한 실험 결과를 도 8a 및 도 8b에 나타내었다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 실험 결과를 나타낸 예시도이다.

도 8a는 본 발명의 실시예에 따라 기지국(100)과 이동형 단말인 중계 단말과의 거리가 2km이고, 단말이 셀 외곽으로 움직이는 상황에서 단말이 기지국으로의 상향링크를 수행할 경우를 가정하고, 셀 커버리지를 하타 오픈 모델(hata open model)을 바탕으로 산출한 결과를 나타내었다. 여기서 하타 오픈 모델이라 함은, 신호 강도 레벨을 예측하는 하타 모델에서, 오픈 영역에 적용되는 경로 손실 모델(path loss model)을 의미하는 것으로, 이미 알려진 사항으로 본 발명의 실시예에서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 8a에서 실선은 중계국이 없는 경우를 나타낸 것이고, 점선은 일반적인 중계국 접속 방법을 이용하였을 경우를 나타낸 것이다. 그리고 줄표는 끊김 없는 중계국 접속 방법을 이용하였을 경우를 나타낸 것이다. PER(Packet Error Rate) 1% 아웃티지(Outage)까지 QoS 보장을 허용하는 값으로 설정하였다.

도 8a의 결과를 나타낸 도 8b를 참조하면, 중계국을 사용하지 않은 경우 기지국과 단말과의 거리가 약 3.51km인 지점에서 아웃티지가 발생하였음을 알 수 있다. 일반적인 중계국 접속 방식을 사용할 경우, 중계국이 없는 상황과 동일한 3.51km에서 아웃티지가 발생하였고, 약 3.55km에서 재 통신이 이루어진 후 4.5km에서 아웃티지가 다시 한번 발생하였음을 확인할 수 있다. 이때, 3.51km에서 아웃티지 후 3.55km에서의 재 통신은 단말이 약 0.05km동안 셀의 바깥쪽을 움직여 기지국과의 통신이 끊어졌음을 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따른 끊김 없는 중계국 접속 방식을 사용하는 경우 실질적으로 셀 커버리지의 확대는 기존의 중계국 접속 방식과 동일하지만, 끊김 없는 교신을 통하여 늘어난 셀 커버리지까지 QoS를 계속 보장해줌을 알 수 있다. 이와 같이 끊김 없는 중계국 접속 방식을 이용하면, 기지국과 음영 지역이나 셀 외곽으로 움직이는 단말이 이동형 중계국을 통하여 끊김없는 통신을 유지할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 일반적인 고정형 중계국 기반의 무선 통신 환경을 나타낸 예시도이다.

도 2는 일반적인 고정형 중계국 기반의 중계국 접속 절차를 나타낸 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단말의 구조도이다.

Claims

단말이 이웃한 단말과 기지국 사이에 송수신되는 데이터를 중계하는 방법에 있어서,

기지국으로부터 채널 품질 정보 요청 신호를 수신하면, 응답 신호를 전송하는 단계;

상기 기지국으로부터 단말-중계국 변환 요청 신호를 수신하는 단계;

상기 이웃한 단말이 상기 기지국으로 전송하는 신호를 수신하여, 상기 이웃한 단말의 채널 품질 정보를 측정하는 단계;

상기 측정한 채널 품질 정보를 상기 기지국으로 전송하는 단계; 및

상기 이웃한 단말로부터 데이터를 수신하면 상기 기지국으로 중계하는 단계

를 포함하는 단말-중계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법.
제1항에 있어서,

상기 채널 품질 정보를 측정하는 단계는,

상기 기지국으로 데이터를 전송하기 위한 상향 링크 슬롯의 미리 설정된 부분을 통해 상기 이웃한 단말로부터 신호를 수신하는 단계; 및

상기 신호의 파일롯을 통하여 상기 이웃한 단말의 채널 품질 정보를 측정하는 단계

를 포함하는 단말-중계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법.
제2항에 있어서,

상기 기지국으로 전송하는 단계는,

상기 상향 링크 슬롯을 통해 상기 기지국으로 전송할 데이터의 끝에 상기 채널 품질 정보를 포함하여 상기 기지국으로 전송하는 단계

를 포함하는 단말-중계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법.
복수의 단말로부터 수신한 복수의 채널 품질 정보와 미리 저장되어 있는 누적 채널 품질 정보를 토대로, 임계값을 결정하는 단계;

상기 복수의 채널 품질 정보 중 상기 임계값보다 작은 채널 품질 정보를 갖는 제1 단말이 있으면, 상기 임계값보다 큰 채널 품질 정보를 갖는 복수의 제2 단말들로 단말-중계국 변환 신호를 각각 전송하는 단계;

상기 제2 단말들로부터 상기 제1 단말의 채널 품질 정보를 각각 수신하는 단계; 및

상기 각각 수신한 제1 단말의 채널 품질 정보를 토대로, 상기 제1 단말의 중계국 역할을 수행할 중계 단말을 선택하는 단계

를 포함하는 단말-중계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법.
제4항에 있어서,

상기 임계값을 결정하는 단계는,

상기 수신한 복수의 채널 품질 정보, 상기 누적 채널 품질 정보, 채널 품질 정보로부터 산출한 아웃티지 확률 및 핑퐁현상 방지 값을 토대로 결정하는 단말-중 계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법.
제4항에 있어서,

상기 중계 단말을 선택하는 단계 이후에,

상기 중계 단말을 통해 상기 제1 단말의 데이터 신호를 수신하는 단계

를 더 포함하는 단말-중계국 시스템 기반의 데이터 전송 방법.
기지국으로부터 단말-중계국 변환 신호를 수신하거나, 이웃한 단말이 상기 기지국으로 전송하는 신호를 수신하는 신호 수신부;

상기 신호 수신부에서 수신한 상기 기지국으로 전송하는 신호를 토대로 상기 이웃한 단말의 채널 품질 정보를 측정하는 채널 품질 정보 측정부;

상기 채널 품질 정보 측정부에서 측정한 상기 이웃한 단말의 채널 품질 정보를, 상향 링크 슬롯에 포함하여 상기 기지국으로 송신하는 신호 송신부; 및

상기 신호 수신부가 상기 단말-중계국 변환 신호를 수신하면, 모드를 단말 모드에서 중계국 모드로 변환하도록 제어하는 제어부

를 포함하는 단말.
제7항에 있어서,

상기 신호 수신부는,

상기 모드가 중계국 모드로 변환되면, 상기 이웃한 단말로부터 데이터 신호 를 수신하는 단말.