이동통신 시스템에서 전이중 방식을 사용하는 중계국의 네트워크 진입을 위한 장치 및 방법

셀 기반의 무선 통신 시스템에서는 각 지역의 환경 및 건물 등에 의한 지역적 특성으로 인해 커버리지 홀(coverage hole)이 발생한다. 이를 해결하기 위해서, 중계기(repeater)를 추가로 설치하여 서비스하고 있는데, 중계기는 잡음 증폭에 의한 성능 열화를 초래하는 문제점이 있다. 그래서, 상기 중계기의 진화된 형태로서, 기지국으로부터의 신호를 단순 증폭하는 것이 아니라 복호 및 전달(decode and forward)하는 중계국이 제안되었다. 이러한 중계국은, 셀 기반의 무선 통신 시스템의 스루풋의 향상 및 커버리지의 확장을 위한 목적으로 현재 활발히 연구가 활발히 진행되고 있으며, 실용화를 위한 표준화 작업이 IEEE 802.16j에서 추진되고 있다. 현재 IEEE 802.16j 및 중계국 관련 연구 분야에서 고려되고 있는 중계국 시스템은 반 이중(Half Duplex) 방식으로서, 동일 주파수 자원 영역 내에서 동시에 수신과 송신을 하지 못하고, 시간을 나누어서 한번에 하나의 동작만을 수행하는 구조이다. 이 경우, 기지국(BS:Base Station)과 중계국(RS:중계국 Station)사이의 통신시의 신호 전송, 중계국과 단말(MS:Mobile Station)사이의 통신시의 신호 전송과 같은 두 번의 신호 전송이 필요하다. 이는 싱글 홉 시스템에 비해 2배의 자원 소모가 불가피하여 스펙트럼 효율이 감소하고, 중계국의 송수신 스위칭 시간이 부가적으로 필요하게 된다. 또한 기지국 입장에서는 중계국을 위한 방송 정보를 따로 전송해야하는 비효율성이 발생하며, 시간 적으로는 중계국 링크와 억세스 링크를 나누어 사용하기 때문에, 기지국의 서비스를 받는 싱글 홉 사용자들의 상향링크 커버리지가 감소하는 문제점이 있다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 중계국이 2개의 안테나를 이용하여 송신과 수신을 동시에 수행하는 구조가 제안되었고, 이를 수행하는 중계국을 전 이중(Full Duplex) 중계국이라고 한다. 하지만, 전 이중 중계국 시스템은 이에 대한 규격적인 지원 기술 개발 및 반 이중 중계국 시스템과 공존할 경우에 대한 연구가 미진한 문제점이 있다. 실제 송신 안테나에서 피드백되는 송신신호는 증폭기를 포함한 IF/RF 소자의 특성(비선형성 등)에 의해 왜곡되어 수신 안테나에 수신되므로 아무리 간섭채널 추정이 정확해도 송신신호를 완벽하게 제거할 수 없다. 즉, 전 이중 중계국의 안테나 간섭신호에는 송신신호만 포함되어 있는 것이 아니라 IF, RF 및 증폭기 등을 통과하면서 발생하는 각종 비선형 왜곡, CPE, IMD(inter-modulation distortion) 등에 의한 송신단 오차인 EVM이 포함되어 있다. 이렇게, 송신단에서 발생하는 오차를 총칭하여 EVM이라고 하며, EVM은 최대 송신전력, 최대 자원할당 크기, CPE(common phase error) 등의 IF/RF특성, back-off와 같은 증폭기 특성 등에 따라 변화할 수 있다. 즉, EVM은 전 이중 중계국의 IF/RF 및 증폭기 비선형 특성, 전 이중(full duplex)중인 자원할당 영역, 최대 송신전력에 따른 증폭기의 back-off 값, CPE/IMD 개선 알고리즘의 여부에 따라 변화한다. 그리고, EVM은 중계국 송신신호 중에서 추정하여 제거할 수 없는 성분에 해당하므로 간섭 제거 성능을 제한하는 요인이 된다. 따라서, 중계국 초기 접속 과정 및 운용 과정에서 기지국이 전 이중 지원 여부만 판단을 하는 경우, 전 이중 중계국에 할당 가능한 최대 자원할당 영역을 결정할 수 없고, EVM을 고려하지 않고 전력 제어를 하는 경우 중계국의 전 이중 성능이 저하되는 문제점이 발생한다. 특히, 중계국의 송신전력과 전 이중 중계국에 할당된 자원이 증가할수록 EVM도 증가하므로 간섭제거 알고리즘을 통해 송신신호의 피드백 간섭을 제거하더라도 기지국으로부터 신호를 수신할 때 성능 저하가 발생할 수 있는 문제점이 있다. 따라서, 전 이중 중계국이 효율적으로 동작하기 위해서는 송신전력과 자원할당 크기에 따라 제거되지 않는 송신신호의 EVM을 측정하고 중계국의 최대 송신전력과 최대 자원할당 크기를 결정하는 초기 협상 절차 및 동작 중 메시지 교환 과정이 필요하다.