무선 액세스 시스템의 중계 방법, 기지국, 중계 디바이스 및 중계 시스템 document_id A220623108807

1990년대 초반 이후로, 광대역 무선 액세스 기술이 무선 액세스, 특히, 광대역 무선 액세스에 대한 수요가 점점 증가함에 따라 급속하게 개발되었다. 전기 전자 기술자 협회(IEEE)는 광대역 고정 무선 액세스의 기술적인 표준화를 전문으로 다루는 IEEE 802.16 태스크 그룹(task group)을 형성하였고, 그 목적은 보편적인 광대역 무선 액세스 표준을 설정하는 것이다. 상기 목적을 성취하기 위하여, 일부의 세계의 저명한 기업체들은 또한 상기 표준을 전세계적으로 대중화하기 위한 WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access) 포럼을 시작하였다. 차-세대 무선 광대역 액세스 기술로서, WiMAX(IEEE 802.16)는 유선 고속 데이터 액세스 기술과 유사한 접근성(accessibility)을 자랑하고 있다. WiMAX는 기지국 및 가입자 국 사이에서, 음성 및 비디오와 같은 높은 시간 지연 요건들을 갖는 실시간 트래픽들을 포함하는 (10 내지 66 GHz의 스펙트럼을 이용한) 가시선(line-of-sight: LOS) 및 (2 내지 11 GHz의 스펙트럼을 이용한) 비가시선(non-line-of-sight; NLOS) 무선 접속들을 제공함으로써 다양한 트래픽들을 지원한다. WiMAX 시스템은 2GHz 이상의 비교적 높은 스펙트럼에서 동작하기 때문에, 통상적으로 가시선 전파를 필요로 한다. 따라서, WiMAX 시스템의 통신 가능 구역(coverage)은 매우 제한되고, 이는 건물들이 조밀하게 분포되는 도시 지역들에서 더욱 그러하며, 복잡한 무선 전파는 통신 가능 구역을 감소시킬 뿐만 아니라, 많은 블라인드 영역들(blind areas)을 생성한다. 이동 멀티-홉 중계(Mobile Multi-hop Relay: MMR)는, 그의 주요 태스크가 WiMAX 시스템이 이동 멀티-홉 중계를 지원하도록 멀티-홉 중계를 위한 IEEE 802.16의 확장을 규정하는 것인 IEEE에 의해, 2006년 3월에 새롭게 형성된 태스크 그룹이다. 이동 멀티-홉 중계의 목적은 가입자 장비에 영향을 줌이 없이 처리량을 강화하거나 통신 가능 구역을 확장시키는 것이다. 이동 멀티-홉 중계는 모든 수정들이 IEEE 802.16e와 호환 가능하고 이동국 및 중계국(relay station)으로 제한되어야 하는 것을 요구하며, IEEE 802.16e 사용자 장비에 대해 변화가 허용되지 않는다. IEEE 802.16e가 단지 물리 층(PHY) 및 매체 액세스 제어 층(MAC)만을 포함하기 때문에, 수정들은 상기 2개의 층들에서만 수행될 수 있다. MMR 태스크 그룹의 프로젝트 인증 요건(project authorization requirement: PAR)은 (1) 중계국(RS)이 가입자 장비에 투명해야 하고; (2) RS가 기지국보다 상당히 더 작아야 하며; (3) 멀티-홉 프레임 구조가 단지 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA) 기반이어야 하는 것을 명확하게 요구한다. 현재, 프레임 구조, 네트워크 엔트리(entry) 흐름, 중계국들의 선택과 핸드오버(handover), 중계국과 기지국 간의 핸드오버, 제어 맵핑 정보(control mapping information: MAP) 수송, 및 중계국에 의해 가입자 정보를 보고하는 방법 등에 대한 예비 조사들이 수행된다. 시스템의 처리량 강화 및 통신 가능 구역 확장에 대한 기술적 해결책들은 궁극적인 표준화에 포함된다. 도 1a 및 1b는 IEEE 802.16 중계의 기본적인 시나리오들을 도시하며, 여기서 도 1a는 처리량 강화의 시나리오를 개략적으로 도시하는 반면, 도 1b는 통신 가능 구역 확장의 시나리오를 도시하며, 동일하거나 유사한 디바이스들에는 동일한 번호들이 병기되어 있다. 설명을 위하여, 각각의 도면은 단지 무선 통신 단말기의 예로서 이동국을 도시한다. 실제로, 다수의 무선 통신 단말기들이 도 1a에 도시된 바와 같은 처리량 강화의 시나리오 또는 도 1b에 도시된 바와 같은 통신 가능 구역 확장의 시나리오에서 동시에 존재할 수 있다는 것이 인식된다. 더구나, 무선 통신 단말기는 이동국으로 제한되지 않고, 또한 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 무선 호출기, 랩톱(laptop), 또는 휴대용 디바이스와 같이, 무선 통신 기능을 구비하는 모든 종류들의 단말기 디바이스들일 수 있다. 도 1a에 도시된 바와 같은 처리량 강화의 시나리오에서, 무선 통신 단말기의 예로서의 이동국(MS)(103)은 기지국(BS)(101)의 통신 가능 구역 내에 위치되며, 기지국(101)에 의해 브로드캐스팅(broadcasting)된 정보를 직접 수신할 수 있다. 그러나, 이동국(103) 및 기지국(101) 사이의 트래픽은 또한 중계국(RS)(102)을 통하여 전달될 수 있다. 이 방법에 의한 무선 통신 단말기로의 액세스가 어떤 상황들 하에서 시스템의 처리량을 효율적으로 강화시킬 수 있다는 것이 입증되었다. 도 1b에 도시된 바와 같은 통신 가능 구역 확장의 시나리오에서, 무선 통신 디바이스의 예로서의 이동국(103)은 기지국(101)의 통신 가능 구역 밖에 위치되며, 기지국(101)에 의해 브로드캐스팅된 모든 제어 정보를 직접 수신할 수 없다. 종래의 무선 통신 단말기들에 비하여, 중계국(102)은 높은 송신 전력 및 높은 수신 감도를 가질 수 있다. 따라서, 중계국은 기지국과의 사운드 접속(sound connection)을 확립할 수 있다. 그러므로, 중계국(102)의 통신 가능 구역 내, 그리고 기지국(101)의 통신 가능 구역 밖에 위치되는 이동국(103)은 중계국(102)을 통하여 기지국(101)과 트래픽 수송을 달성할 수 있다. IEEE 802.16이 이동 멀티-홉 중계(MMR) 시스템의 2개의 애플리케이션 시나리오들을 설명하였을지라도, 상기 IEEE 802.16은 지금까지 중계국이 모든 종류들의 업링크 및 다운링크 트래픽들을 중계할 수 있어야 한다는 사실만이 제안되었다. WiMAX의 멀티-홉 중계 시스템과 관련하여, 해결되어야 할 중요한 문제점이 존재한다: 기지국과 무선 디바이스 사이에 트래픽을 중계하는 방법, 및 중계 프로세스를 제어하는 방법.