고정 인프라구조 기반의 중계기를 갖는 무선 시스템에서의커버리지 향상 document_id A220623107219

종래의 셀룰러 시스템의 커버리지를 확장하기 위하여 중계기가 사용되어 왔다. 이러한 중계기에 있어서, 기지국의 범위 밖에 있는 이동국일지라도 중계기들 중 하나를 통해 기지국과 통신을 할 수 있다. 중계기는 통상적으로 이동국 또는 기지국으로부터 수신되는 신호들을 재송신하는 것 외에 별로 기능을 갖지 않는다. 다중 입출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 시스템은 송신기 및/또는 수신기에서의 다중 안테나와 송신된 데이터를 복구하기 위한 수신기에서의 공간 처리를 특징으로 한다. 기존의 MIMO 기술의 예로서는, STBC(Space-Time Block Coding) 및 SM(Spatial Multiplexing) 접근법을 포함한다. STBC에 있어서, 각각의 안테나는 해당 스트림을 송신하며, 본질적으로, 블록 코딩에 앞서서의 또는 블록 코딩 구조 내의 입력 데이터의 코딩과 변조로 인하여, 스트림들 사이에는 어떠한 상호상관이 존재한다. STBC 구조는 송신기에서 다소간의 복잡성을 포함하지만, 수신기에서는 복잡성을 간단화하도록 할 수 있다. 블록 코딩 전의 코딩과 변조에 의존하는 STBC 구조의 일례로서, 상호상관을 도입하도록 블록 코딩에 앞서서 코딩과 변조가 채용되어 고유 심볼 스트림을 송신하기 위해 각각의 송신 안테나가 사용되는, 소위, "BLAST" 접근법이 있다. 본질적으로 블록 코딩 구조에 의존하는 STBC 구조의 일례로서, 다중 안테나 상에서 각각의 심볼이 나타나는 STTD(Space Time Transmit Diversity)가 있다. 공지의 STTD 구조로서는 Alamouti 코드 기반의 송신이 있다. 공간 다중화(SM: Spatial Multiplexing)에 있어서, 독립적인 데이터 스트림을 송신하기 위하여 각각의 안테나가 사용된다. 코딩과 변조에 의해 도입되는 상호상관은 없다. SM 접근법은 송신기 복잡성을 감소시켰지만, 더 높은 수신기 복잡성을 포함한다. 공지의 SM 구조는, 각각의 안테나 상에서 독립적인 심볼 스트림이 송신되는, 소위, V-BLAST(Vertical BLAST) 및 D-BLAST(Diagonal BLAST)를 포함한다. SM에 있어서, 다중화 이득을 발생시키기 위하여 상이한 안테나 상에서 독립적인 데이터 스트림들이 송신된다. 최대 우도(Maximum Likelihood) 디코딩을 사용하는 경우, 이러한 구조는 양호한 성능을 제공하는 것으로 발견되었다. 전통적인 STBC는 다중화 이득과 다이버시티 이득 모두를 활용하는 한편, V-BLAST 등의 공간 다중화 시스템은 주로 다중화 이득을 제공한다. 다중화 이득은 안테나 수가 증가할수록 평준화되지만, 공간 다중화 이득은 안테나 수가 증가할수록 선형적으로 증가한다. MIMO 신호들의 SINR이 상당하여, Full-Rank MIMO 채널 실현이 가능해지는 경우, MIMO의 장점이 크다. 이는 변화하는 SINR 조건을 갖는 사용자들이 분산된 것을 특징으로 하는 시스템에서 협력 MIMO가 성공적으로 채용될 수 있는 경우의 수를 제한한다. 협력 MIMO를 채용하는 시스템에 있어서, 다수의 이동국들이 단일 이동국의 데이터를 MIMO 송신으로 나타나도록 협력적으로 송신한다. 예를 들어, 하나의 안테나를 갖는 2개의 이동국은 각각 이동국 데이터 중 하나를 송신할 수 있다. 그 후, 2개의 안테나의 기지국은 2개의 신호를 수신하여, 이들을 MIMO 기법을 이용하여 처리할 수 있다. 이러한 구조는 몇몇 단점을 갖는다. 예를 들어, 협력 송신을 가능하게 하기 위해 2개의 이동국 사이에서 각각의 이동국의 데이터가 교환될 것을 필요로 한다. 또한, 자신의 우선순위의 송신을 통한 또는 그 송신 상에서의 피어(peer) 이동국의 액세스 대역폭에 기초하므로 송신이 기회적(opportunistic)이다. 본 구조는 그 피어들로부터 데이터를 송수신하기 위하여 추가의 송수신 체인을 필요로 한다는 점에서, 이동국에 대하여 복잡성을 부가한다. 협력 MIMO는 셀룰러 시스템에 있어서 큰 용량의 향상을 제공하는 것으로 보여져 왔다. 2개의 이동국 사이의 교환이 협력 MIMO의 본질적 성분이므로, 이동국들은 정보를 교환하기에 편리하게 위치될 필요가 있다. 따라서, 협력 MIMO의 적용은 이러한 시나리오에 제한된다. 중계 기능을 위해 셀룰러 스펙트럼을 사용하는 인프라구조 기반의 2-홉(hop) 중계는, 셀룰러 시스템에 있어서 커버리지를 크게 향상시켜, 사용자가 셀 주위를 이동하는 때에 더욱 더 큰 데이터율의 유비쿼티(ubiquity)를 가져오는 것으로 보여져 왔다. 기지국에서의 대역폭 리소스는 이제 이동국-중계기 송신과 중계기-이동국 송신 양쪽 모두에 대하여 사용된다는 사실에도 불구하고, 2개의 홉 각각에 대한 향상된 SINR 조건은 전체적으로 링크 상에서 총 SINR을 더 높게 하는 결과를 가져오므로, 기지국으로부터 더 먼 이동국들로 커버리지를 향상시킨다. 도 1은 종래의 고정 인프라구조 기반의 선택적 중계의 일례를 나타낸다. 공칭 커버리지 영역(12)을 갖는 기지국이 도시되어 있다. 각각 해당하는 커버리지 영역(18, 20)을 갖는 고정 인프라구조 중계기(14, 16)가 또한 제공된다. 중계기는 기지국의 커버리지 영역을 증가시키는 기능을 하는 것이라 할 수 있다. 기지국(10)의 커버리지 영역(12) 내에 존재하는 이동국(22)과 같은 이동국들은, 기지국(10)의 커버리지 영역 외부에 있지만, 중계기(14)와 같은 중계기들 중 하나의 커버리지 영역 내에 존재하는 이동국(24 및 26)과 같은 이동국들과는, 중계기(14)에 먼저 통신한 후, 중계기(14)로부터 기지국(10)에 도시된 바와 같이 신호들이 중계되도록 함으로써, 직접적으로 통신할 수 있다. 그 결과, 셀룰러 통신의 다중-홉 연장(multi-hop extension)이 이루어진다. 이동국들 사이의 송신 및 중계기들과 기지국 사이의 송신을 처리하기 위하여, 다양한 FDD(Frequency Division Duplexing)/TDM(Time Division Multiplexing) 접근법이 제안되었다. 30으로 도시된 특정예에 있어서, 셀룰러 기지국(10), 중계기(14), 및 이동국(24)은 제1 시간 간격(T1)에서 기지국(10)과 중계기(14)가 업링크 및 다운링크 주파수(FUL 및 FDL)를 각각 이용하여 통신하는 반면, 제2 시간 간격(T2)에서 기지국(24)과 중계기(14)가 업링크 및 다운링크 주파수(FDL 및 FUL)를 이용하여 통신하도록, 조합된 FDD/TDD를 이용하여 통신한다.