중계국을 이용하는 이동통신 시스템의 데이터 전송 방법 및그 시스템 document_id A220623110738

IEEE 802.16j 는 이동국(mobile station; MS)으로의 전송율(throughput) 향상과 기지국(base station; BS)의 전송 커버리지(coverage) 확장을 위해 기존의 IEEE 802.16e 에 중계국(relay station; RS)의 개념을 도입한 국제 표준 규격이다. 도 1a은 IEEE 802.16j의 3-섹터(sector) 방식 토폴로지(topology)를 도시한다. 셀(cell) 내에 기지국이 유일한 서비스국(service station)이었던 IEEE 802.16e 와 달리, IEEE 802.16j 는 기지국과 함께 다수의 중계국이 이동국을 서비스함을 알 수 있다. 도 1b은 IEEE 802.16j의 프레임(frame) 구조를 설명한다. 도 1b에 도시된 프레임의 가로축은 시간축이며, 세로축은 주파수축이다. 하나의 프레임은 다운링크(downlink)와 업링크(uplink)를 위한 두 개의 서브프레임(subframe)으로 나뉘며, 상기 서브프레임 각각은 액세스 존(access zone)과 릴레이 존(relay zone)으로 나뉜다. 상기 액세스 존은 서비스국(즉, 기지국과 중계국)과 상기 서비스국의 커버리지 내의 이동국들 간의 전송 구간이며, 상기 릴레이 존은 기지국과 중계국 간의 전송 구간이다. 본 발명은 상기 다운링크용 서브프레임의 활용에 주목하고자 한다. 서비스국들의 자원 할당 방식은 주파수 자원의 사용 방식에 따라 크게 두 가지 방식 즉, 오버랩(overlapped) 방식과 직교(orthogonal) 방식으로 나뉜다. 상기 오버랩 방식은 다운링크 액세스 존에서 모든 서비스국들이 같은 주파수 대역을 사용하여 하위 이동국들을 서비스하는 방식이다. 상기 ‘하위’란 서비스국의 전송 커버리지 내에 있는 것을 말하며, 본 발명의 명세서 상에서 같은 의미로 쓰인다. 상기 직교 방식은 서비스국들이 주파수 대역을 나누어 서로 다른 대역을 사용하는 방식이다. 도 2에 자원 할당 방식에 따른 다운링크 액세스 존에서의 주파수 대역을 도시하였다. 도 2a는 오버랩 방식에 따라 다운링크 액세스 존의 자원 할당을 도시한다. 기지국(BS)은 물론 중계국들(RS1, RS2, RS3)도 동일 주파수 대역을 사용하여 전송하고 있다. 도 2b는 직교 방식에 따라 다운링크 액세스 존의 자원 할당을 도시한다. 기지국(BS)과 모든 중계국들(RS1, RS2, RS3)이 각각 서로 다른 주파수 대역을 사용하여 전송하고 있다. IEEE 802.16j는 다운링크 액세스 존에서 셀 내의 기지국과 모든 중계국들이 동시에 각자 자신의 전송 커버리지 내의 이동국들을 서비스한다. 오버랩 방식의 경우, 모든 서비스국들(즉, 기지국과 중계국들)이 동일한 주파수 대역을 사용하므로, 셀 내의 간섭이 발생한다. 즉, 셀 내에 기지국 외에 하나 이상의 서비스중인 중계국이 존재한다면, 서로 다른 서비스국들 사이 전송 커버리지가 겹쳐지는 지역에 심한 간섭이 발생한다. 셀 내의 간섭은 이동국들의 MCS 레벨(modulation and coding selection level; 변조 및 부호화 선택 레벨, 이하 ‘MCS 레벨’이라 함)을 저하시키며 심지어 서비스 중단(service outage)이 발생할 수도 있다. 도 3은 자원 할당 방식에 따른 MCS 레벨 분포를 도시한다. 직교 방식 자원 할당의 경우, 서비스국 간에 서로 다른 주파수 대역을 사용하므로 셀 내 간섭이 발생하지 않는다. 따라서 상기 직교 방식은 오버랩 방식에 비해 높은 MCS 레벨 분포를 가지며, 서비스 불능 지역이 존재하지 않는다. 도 4는 자원 할당 방식에 따른 평균 전송량(average throughput)을 도시한다. 직교 방식 자원 할당은 서비스국 간 주파수 대역을 나누어 사용하므로 오버랩 방식의 경우에 비해 셀 용량이 적음을 알 수 있다. 정리하면, 상기 오버랩 방식 자원 할당의 경우에는, 서비스국들이 동일 주파수 대역을 사용하여 셀 내 간섭이 발생하며, 상기 간섭으로 인해 상기 직교 방식에 비해 낮은 MCS 레벨 분포를 나타내고, 일부 서비스 불능 지역도 존재한다. 반면, 셀 용량은 상기 직교 방식의 경우에 비해 상기 오버랩 방식이 크다. 이와 같이 기존 프레임 구조에는 셀 용량과 셀 내 간섭의 트레이드 오프(trade off)가 존재한다. 따라서, 오버랩 방식의 자원 할당의 경우 발생하는 일부 서비스 불능 지역을 해소하고, MCS 레벨을 높이면서도, 높은 평균 전송량을 가능케 하는 새로운 프레임 구조가 요구된다.