중계국 선택 방법 document_id A220623106667

IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.16 표준은 광대역 무선 접속(broadband wireless access)을 지원하기 위한 기술과 프로토콜을 제공한다. 1999년부터 표준화가 진행되어 2001년 IEEE 802.16-2001이 승인되었다. 이는 'WirelessMAN-SC'라는 단일 반송파(single carrier) 물리계층에 기반한다. 이후 2003년에 승인된 IEEE 802.16a 표준에서는 물리계층에 'WirelessMAN-SC' 외에'WirelessMAN-OFDM'과 'WirelessMAN-OFDMA'가 더 추가되었다. IEEE 802.16a 표준이 완료된 후 개정된(revised) IEEE 802.16-2004 표준이 2004년 승인되었다. IEEE 02.16-2004 표준의 결함(bug)과 오류(error)를 수정하기 위해 'corrigendum'이라는 형식으로 IEEE 802.16-2004/Cor1(이하, IEEE 802.16e)이 2005년에 완료되었다. 현재, IEEE 802.16e를 기반으로 하여 IEEE 802.16 태스크 그룹 j(IEEE 802.16 Task Group j;이하, IEEE 802.16j라 한다)에서는 서비스 지역의 확장(Coverage Extension) 및 성능 강화(Throughput Enhancement)를 제공하기 위하여 중계국(Relay Station)을 도입하고, 이에 대한 표준화를 진행하고 있다. 무선통신 시스템에서 중계국을 이용하면 셀 커버리지를 확장시키고 전송 성능을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다. 기지국(BS)이 중계국을 통해 기지국의 커버리지 밖에 위치한 단말을 서비스하는 경우, 중계국으로 하여금 해당 단말과 기지국 간의 제어 신호 및 데이터 신호를 모두 중계하게 함으로써 셀 커버리지를 확장시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한 기지국의 커버리지 안에 위치한 단말의 경우에는, 중계국이 기지국과 단말 사이에서 데이터 신호를 증폭시켜 각 수신단에 전달하게 함으로써 단말이 보다 안정적으로 기지국과 통신할 수 있게 전송 성능을 향상시킬 수 있다. 특히 단말이 기지국의 커버리지 내에 있되, 음영 지역에 위치한 경우에 중계국이 필요할 수 있다. 즉, IEEE 802.16j 표준에서는 중계국을 통하여 기지국 영역 밖에 있는 단말에 대하여 신호 전달이 가능해지도록 하고, 기지국 영역 내에 있는 단말에 대하여 높은 수준의 적응변조코딩(Adaptive Modulation and Coding, AMC) 방식을 가지는 고품질의 경로를 설정할 수 있도록 함으로써 동일한 무선 자원으로 시스템 용량을 증대시킬 수 있도록 한다. 중계국이 기지국과 단말 사이의 신호를 중계하는 대표적인 중계 모드로는 AF(Amplify and Forward; 증폭 후 전달) 모드와 DF(Decode and Forward; 복호 후 전달) 모드가 있다. 여기서, AF 모드는 기지국 또는 단말로부터 수신한 신호를 증폭한 후 단말 또는 기지국으로 전달하는 방식이다. DF 모드는 기지국 또는 단말로부터 수신한 신호를 복조(Demodulation) 및 복호(Decoding) 등의 과정을 거쳐 정보를 복구한 후, 다시 부호(Coding) 및 변조(Modulation) 등의 과정을 거쳐 신호를 생성하여 단말 또는 기지국으로 전달하는 방식이다. AF 모드에 따르면 신호의 전달에 걸리는 시간 지연이 짧은 장점이 있으나, 전달되는 신호에 잡음이 전파되거나 증폭되는 단점이 있다. 반면에, DF 모드에 따르면 신호에 포함된 잡음을 제거할 수 있고 전송 신호의 신뢰성을 높일 수 있는 장점이 있으나, 복조 및 복호 과정을 거치므로 신호의 전달에 걸리는 시간 지연이 긴 단점이 있다. 한편, 무선 통신 시스템의 발전과 다양한 서비스의 등장에 따라 무선 자원 수요는 계속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 주파수자원의 공급에 비하여 수요가 많아 주파수 부족현상이 대두되었다. 그런데 주파수 자원의 부족 현상이 나타나는 것에 비하여 현재 주파수 이용은 효율적으로 이루어지지 못하는 경우가 많다. 예컨대 FCC의 Spectrum Policy Task Force의 일환으로 측정된 실제 주파수 이용효율은 평균적으로 30%이하로 나타난다고 한다. 따라서 이용되지 않고 있는 주파수 자원을 효율적으로 이용할 수 있는 기술로서, 무선 인지(CR: Cognitive Radio) 방식을 기반으로 한 무선 인지 통신 시스템이 제안되었다. 이 무선 인지 기술은 주변 환경을 감지하여 주파수, 변조방식, 출력 등의 무선 송신 파라미터를 결정하는 무선 기술을 의미한다. 무선 인지 기술에 따르면 지역과 시간에 따라 비어있는 주파수를 찾아 주변의 허가된 사용자들을 보호하면서 허가되지 않은 사용자들 간의 통신이 가능해진다. 위와 같이 기본적인 무선 인지 통신 시스템에서 비 허가 사용자들(SU: Secondary user)들은 허가 사용자 (PU: Primary user)들에게 피해를 주지 않도록, 스펙트럼 센싱을 하여 허가 사용자들이 사용하지 않는 대역을 찾아내고, 그 대역의 자원을 사용한다. 또는 특정 대역이 완전히 비어 있는 순간에만 비 허가 사용자가 그 대역의 주파수를 사용하는 것에서 더 나아가, 허가 사용자가 사용중인 대역일지라고 비허가 사용자의 사용이 허가 사용자에게 영향을 미치지 않는 범위에서는 비허가 사용자와 허가 사용자가 동시에 같은 대역의 주파수를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 동시 사용으로 인하여 허가 사용자에게 미치는 간섭의 양이 허용 가능한 간섭량(또는 간섭 한계값(Interference threshold)) 이하가 되는 범위 안에서 비 허가 사용자가 허가 사용자와 같은 자원을 사용하는 것이다. 이러한 무선 인지 통신 시스템에서, 이러한 간섭 한계 값을 유지하는 하는 범위 안에서 비허가 사용자들의 캐패시티를 향상시키기 위한 방법들이 많이 제안되고 있다. 그런데 사용 가능한 중계국이 여러 개인 경우, 어떤 중계국을 선택하느냐에 따라 통신 서비스의 품질이 달라질 수 있으며, 특히 허가 사용자와 비허가 사용자가 혼재하는 무선 환경에서는 전송 파워와 서로 간의 간섭 등에 따른 영향을 고려하여 적합한 중계국 선택의 기준이 마련될 필요가 있다.