KR20090118058A

KR20090118058A - 적응형 셀룰러 네트워크에서 사용자 협력과 스케줄링으로 다운링크 처리율을 최적화하는 방법

Info

Publication number: KR20090118058A
Application number: KR1020097018962A
Authority: KR
Inventors: 어니스트 스제 위엔 로; 칼레드 벤 레타이에프
Original assignee: 더 홍콩 유니버시티 오브 사이언스 앤드 테크놀러지
Priority date: 2007-03-10
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2009-11-17
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: CN101702965B; EP2122852B1; JP2013070402A; JP5433767B2; JP5417183B2; JP2010521095A; CN101702965A; WO2008110924A2; KR101244553B1; WO2008110924A3; EP2122852A4; US20080219222A1; US8416729B2; EP2122852A2

Abstract

사용자 협력에 있어서, 사용자들은, 개선된 성능을 위하여 여분의 다이버시티(diversity) 경로를 제공하는 서로의 릴레이(relay)로서 기능한다. 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템에서, 정의된 보충 다운링크 타임슬롯(defined supplemental downlink timeslots)에서 릴레이 동작을 수행하는 다운링크 어시스트 릴레이(DAR), 또는 정의된 보충 업링크 타임슬롯(defined supplemental uplink timeslots)에서 릴레이 동작을 수행하는 업링크 어시스트 릴레이(UAR)에 따라, 기지국으로부터 이동 장치(mobile device)로의 전송을 위한 릴레이를 수행한다. 사용자에게 공평성 제약을 부과하지 않고 최대 시스템 처리율을 달성하는 최대 처리율 스케줄링 알고리즘, 또는 고려된 사용자 사이의 지연에 관하여 절대적 공평성을 달성하는 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘에 따라 릴레이를 스케줄링한다. 증폭 및 전송(AF) 협력 프로토콜 또는 복호 및 전송(DF) 협력 프로토콜을 사용하여 기지국으로부터 이동장치로의 다운링크 처리율을 최적화할 수 있다.

사용자 협력, 기지국, 이동 장치, 다운링크 어시스트 릴레이, 업링크 어시스트 릴레이, 스케줄링, 다운링크 처리율, 최적화

Description

적응형 셀룰러 네트워크에서 사용자 협력과 스케줄링으로 다운링크 처리율을 최적화하는 방법{OPTIMIZING DOWNLINK THROUGHPUT WITH USER COOPERATION AND SCHEDULING IN ADAPTIVE CELLULAR NETWORKS}

본 출원은, “적응형 셀룰러 네트워크에서 사용자 협력과 스케줄링으로 다운링크 처리율을 최적화하는 방법(OPTIMIZING DOWNLINK THROUGHPUT WITH USER COOPERATION AND SCHEDULING IN ADAPTIVE CELLULAR NETWORKS)”이라는 명칭으로 2007년 3월 10일에 출원한 미국 가출원 번호 제60/894,208호의 우선권을 주장하고, 그 전체는 참조로 본 출원에 포함된다.

본 발명은, 적응형 셀룰러 네트워크에서 사용자 협력(user cooperation)과 스케줄링(scheduling)으로 다운링크 처리율(downlink throughput)을 최적화하는 방법에 관한 것이다.

사용자가 서로의 메시지를 목적지로 릴레이(relay)하는 것을 허용함으로써 여분의 공간 다이버시티(spatial diversity)를 성취할 수 있는 사용자 협력(user cooperation)은, 최근에 높은 관심을 받고 있다. 종래에는, 사용자 협력이, 셀룰러 네트워크의 용량(capacity)을 개선하기 위하여 제안되었고, 릴레이 채널(relay channel)에서의 전송에 밀접하게 관련되어 있다. 그때부터 일반적인 릴레이 네트워 크의 개념 위에서, 수 개의 효율적인 협력 프로토콜(protocols)이 개발되었다. 예를 들면, 다중 안테나를 가진 다중 협력 사용자가 고려되었다. 하지만 기존의 모든 시스템이, 상위 시스템 관점(high-level system perspective)을 고려하지 않고 고정된 발신지(source) 및 목적지(destination) 쌍의 성능 및 동작에만 집중하였다. 예를 들면, 사용자 스케줄링의 효과가 고려되지 않았다. 게다가 종래의 릴레이 프로토콜은 종종, 전용 릴레이 타임슬롯(relaying timeslots)을 필요로 하여 잠재적으로 스펙트럼 손실(spectral loss)을 초래한다.

따라서 보다 최적의 전략을 형성하기 위하여 종래의 셀룰러 네트워크를 위한 사용자 협력에 대해 별도의 스케줄링 전략을 개발하는 것이 바람직하다. 기존의 사용자 협력을 위한 설계의 단점에 관하여 상기 기술한 배경은, 단지 오늘날의 설계의 몇몇 문제점의 개요를 제공하려고 할 뿐이고, 철저한 것이 아니다. 종래 기술의 다른 문제점과 본 발명의 대응하는 이점은, 아래의 여러 가지의 비한정적인 실시예의 상세한 설명을 검토할 때 더욱 명확해진다.

보다 상세한 설명과 첨부된 도면에서 추구하는 예시적이고 비한정적인 실시예의 여러 가지 특징의 기본적이거나 일반적인 이해를 할 수 있도록 돕기 위하여 간략한 요약을 제공한다. 하지만 이러한 요약은, 광범위하거나 철저한 개요로서 의미되지 않는다. 이러한 요약의 유일한 목적은, 뒤따르는 보다 상세한 설명의 서문과 같은 간단한 형태로 여러 가지의 예시적이고 비한정적인 실시예에 관한 약간의 개념을 나타내는 것이다.

사용자 협력은, 더 좋은 전체 성능을 위하여 사용자가 여분의 다이버시티(diversity) 경로를 제공하기 위한 서로의 릴레이로서 기능하는 새로운 전송 프레임워크(emerging transmission framework)에 제공된다. 여러 가지의 실시예에 있어서, 사용자 협력을 포함한 적응형 통신 네트워크에서 데이터는 기지국(basestation)으로부터 이동장치(mobile device)로 전송된다. 릴레이는, 정의된 보충 다운링크 타임슬롯(defined supplemental downlink timeslots)에서 릴레이 동작을 수행하는 다운링크 어시스트 릴레이(downlink-assisted relaying: DAR), 또는 정의된 보충 업링크 타임슬롯(defined supplemental uplink timeslots)에서 릴레이 동작을 수행하는 업링크 어시스트 릴레이(uplink-assisted relaying: UAR)에 따라 시분할 듀플렉스(time division duplex: TDD) 시스템에 따라 수행된다.

예시적이고 비한정적인 실시예에 있어서, 릴레이 전송은, 사용자에게 공평성 제약을 부과하지 않고 최대 시스템 처리율을 달성하는 최대 처리율 스케줄링 알고리즘(max-throughput scheduling algorithm), 또는 고려된 사용자 사이의 지연에 관하여 절대적 공평성을 달성하는 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘(round-robin scheduling algorithm)에 따라 실행된다. 더욱이 증폭 및 전송(amplifying and forward: AF) 또는 복호 및 전송(decode and forward: DF) 협력 프로토콜을 사용하여 기지국으로부터 이동장치로까지 다운링크 처리율을 최적화할 수 있다.

다운링크 처리율을 최적화하기 위한 시스템 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은, 기지국으로부터 사용자와 릴레이 사용자의 세트(set)에 전송하는 통신 시스템의 상위 블록도를 나타낸다.

도 2는, 통신 시스템의 다운링크 처리율을 최적화하는 예시적이고 비한정적인 방법의 플로우차트이다.

도 3은, 여기에 설명한 여러 가지의 실시예에 따라 종래의 타임슬롯 스플릿 릴레이를 채용한 통신의 여러 가지 측면을 나타낸다.

도 4는, 여러 가지의 실시예에 따라 다운링크 어시스트 릴레이를 채용한 통신의 여러 가지 측면을 나타낸다.

도 5는, 여러 가지의 실시예에 따라 업링크 어시스트 릴레이를 채용한 통신의 여러 가지 측면을 나타낸다.

도 6은, 여러 가지의 실시예에 따라 AF 프로토콜을 사용한 여러 가지의 예시적인 측면을 나타낸다.

도 7은, 여러 가지의 실시예에 따라 사용자 협력을 가능하게 할 때의, 라운드 로빈 스케줄링의 여러 가지 측면을 나타낸다.

도 8은, 다른 실시예에 따라 릴레이 타임슬롯의 배치를 상이하게 한 효과를 나타낸다.

도 9는, 최적 알고리즘에 따라 릴레이 및 스케줄링을 하기 위한 비한정적이고 대표적인 제1 실시예의 흐름도이다.

도 10은, 최적 알고리즘에 따라 릴레이 및 스케줄링을 하기 위한 비한정적이고 대표적인 제2 실시예의 흐름도이다.

도 11은, 여기에 설명된 여러 가지의 실시예에 따라 릴레이 및 스케줄링을 하기 위한 예시적인 실시예의 블록도이다.

도 12는, 여러 가지의 실시예에 의해 서비스를 하기에 적합한 예시적이고 비한정적인 네트워크 환경의 개요(overview)를 나타낸다.

도 13은, 여기에 설명한 여러 가지의 특징이 작용할 수 있는 예시적이고 비한정적인 운영환경의 블록도이다.

배경기술에서 언급한 바와 같이, 사용자 협력은, 여분의 다이버시티 경로가 없는 것보다 더 좋은 전체 성능을 위하여, 사용자가 여분의 다이버시티 경로를 제공하기 위한 서로의 릴레이로서 기능하는 새로운 전송 프레임워크이다. 하지만 기존의 접근방법은, 특정한 시각(time instant)에서 고정된 쌍의 발신지(source)와 목적지(destination)의 물리적 계층 특성과 동작에만 집중한다. 따라서 종래의 셀룰러 네트워크에 채용된 현재의 사용자 협력 기법보다 개선한 스케줄링 전략이 요구된다.

배경기술에서 설명한 바와 같은 종래기술의 단점을 고려하여, 여기에 설명한 여러 가지의 실시예에서, 적응형 셀룰러 네트워크를 위한 다운링크 처리율을 사용자 협력과 스케줄링으로 최적화한다. 일반적으로 사용되는 여러 가지 전략은 상이한 공평성 제약(fairness constraint) 하에서 평가되고, DF 프로토콜은 사용자가 전체 시스템 처리율을 최대화하도록 스케줄링될 때, 비협력적인 상대방을 통하여 어떠한 용량 이득(capacity gain)을 전달할 수 없는 것으로 보인다.

또 다른 측면에서, 상당한 변경 없이 종래의 네트워크에서 사용자 협력을 가능하게 할 수 있도록, 기존의 프레임 구조에 대해, 적응형 네트워크 및 비적응형 네트워크를 위한 사용자 협력의 성능에 직접 영향을 미치는, 릴레이 타임슬롯의 배치가 조사된다. 이 점에 있어서, 다중 릴레이는 간섭 제거와 스케줄링을 통하여 다른 전송과 동시에 상이한 타임슬롯에서 지원될 수 있고, 여기에서 상응하는 최적 릴레이 및 최적 전력 할당의 선택이 얻어진다.

일 실시예에서, 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템은 멀티미디어 서비스(multimedia services)와 고속 데이터 전송을 지원하는 차세대 무선 시스템에 적합한, 융통성 있는(flexible) 비대칭 다운링크 대 업링크 할당비(asymmetric downlink-to-uplink assignment ratio)를 허용하기 때문에, 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템이 구현된다. 또한, 하이 리워딩 적응(highly-rewarding adaptive) 스케줄링 및 자원 할당을 제공하는 채널 상호성(channel reciprocity)을 이용함으로써, 전송기를 위한 채널 상태 정보(channel state information for the transmitter: CSIT)의 산정(estimate)이 용이하게 된다.

상이한 공평성을 가지는, 일반적으로 채택하는 2개의 협력 프로토콜, 즉 AF 및 DF 하에서, 다운링크 처리율은 최적화될 수 있다. 또한, 추가적인 타임슬롯이 메시지 릴레이에 지정되는 시스템과 달리, 기존의 시스템에 사용자 협력이 용이하게 포함될 수 있도록 종래의 프레임 구조에서 최적의 릴레이 타임슬롯 배치가 결정된다. 다중 릴레이 사용자가 고려되고, 주어진 목적지에 대해 상응하는 최적의 릴레이 선택 및 전력 할당이 얻어진다.

여기에 설명한 다른 실시예에서, 용량 이득이 미미하고 주로 멀리 떨어진 사용자에 이익이 된다는 것을 나타내더라도, 공평성이 고려되지 않고 이론적인 최대 시스템 처리율을 달성하도록 사용자가 스케줄링될 때, 용량 이득을 달성하기 위하여 AF 프로토콜이 실행된다. 그 대신에, 또 다른 실시예에서, 간단한 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘의 시스템 처리율이 충족되는데, 이는, 지연에 관하여 절대적 공평성을 유지하고, 유사한 평균 채널 이득의 사용자를 고려할 때 시스템 처리율을 최대화하는 것을 목표로 하는 비협력 접근법의 시스템 처리율에 접근하는 상당한 개선을 나타낸다.

도 1은, 적응형 통신 네트워크에서 사용자 협력을 포함한 이동 장치(110), 즉 목표 사용자(target user)에게 데이터를 전송하기 위한 기지국(basestation)(100)을 나타낸 예시적이고 비한정적인 블록도이다. 릴레이 사용자(120,122 등)가 있으면, 데이터는, 기지국(100)로부터 직접적으로 또는 릴레이 사용자(120,122 등)를 거쳐 간접적으로 목표 사용자(110)에게 도달할 수 있다. 사용자 협력과 스케줄링으로 최적화된 다운링크 처리율에 따라 데이터를 전송하는 여러 실시예가, 이제 상세히 후술된 여러 방법론과 관련하여 더 기술된다.

도 2는, 적응형 통신 네트워크에서 기지국으로부터 사용자 협력을 포함한 이동 장치로 데이터를 전송하는 프로세스의 특징을 나타낸 예시적이고 비한정적인 흐름도이다. 특정한 순서 없이, 단계(200)에서, 릴레이를 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템에 따라 수행한다. 더 상세하게 후술하는 바와 같이, 정의된 보충 다운링크 타임슬롯(defined supplemental downlink timeslot)에서 릴레이 동작을 수행하는 다운 링크 어시스트 릴레이(downlink-assisted relaying: DAR)가 수행되거나, 정의된 보충 업링크 타임슬롯에서 릴레이 동작을 수행하는 업링크 어시스트 릴레이(uplink-assisted relaying: UAR)가 수행된다. 단계(210)에서, 릴레이 전송을, 사용자에게 공평성 제약을 부과하지 않고 최대 시스템 처리율을 달성하는 최대 처리율 스케줄링 알고리즘, 또는 고려된 사용자(considered users) 사이의 지연에 관하여 절대적 공평성을 달성하는 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘에 따라 스케줄링한다. 단계(220)에서, 증폭 및 전송(AF) 협력 프로토콜 또는 복호 및 전송(DF) 협력 프로토콜을 사용하여 기지국에서 이동 장치로의 다운링크 처리율이 최적화된다. 단계(230)에서, 주어진 목적지의 전력 할당이 최적화된다.

뒤따르는 보다 상세한 설명을 위한 로드맵(roadmap)으로서, 먼저, 상기 협력 프로토콜들의 수학적 모델(models) 및 그 특성을 설명한다. 그리고 나서, 프레임 내의 타임슬롯의 배치와, 스케줄링 알고리즘의 영향을 조사한다. 그 다음에, 최적의 릴레이 선택 알고리즘 및 전력 할당 알고리즘을 유도하고 설명한다. 게다가 여기에 설명한 여러 실시예의 이점을 나타내기 위하여 성능 평가 및 논의를 제시하고, 마지막으로, 다운링크 처리율을 최적화하는 기법을 채용할 수 있는, 몇몇 예시적이고 비한정적인 운영 환경 및 장치를 설명한다.

협력 프로토콜

협력 프로토콜과 관련하여, 보충 컨텍스트(supplemental context)를 위하여, AF 프로토콜과 DF 프로토콜의 수학적 모델 및 그 특성을 설명한다. 주목할 사항으 로, 직교 릴레이 채널(orthogonal relay channels)은, 이 단계(stage)에서, 더 상세하게 후술될 다중 릴레이 시나리오(multiple-relay scenario)에 이용 가능한 것으로 가정한다. 다음으로, 기지국(S)은 제1 타임슬롯에서 메시지(

)를

의 전력으로 목표 사용자(i)와 릴레이 사용자(j)에게 전송한다. 제2 타임슬롯에서, 릴레이 사용자(j)는 그 수신된 메시지 사본(

)을

의 전력으로 사용자(i)에게 전달한다. 더 많은 릴레이 사용자가 있으면, 같은 방식으로 다음의 타임슬롯에서, 그 수신된 메시지를 시계열적으로 사용자(i)에게 전달한다. 제1 타임슬롯(직접 경로)과 제2 타임슬롯(릴레이 경로)에서 사용자(i)에 의해 수신된 신호를 수학식 1과 수학식 2에 의해 나타낸다.

여기서,

와

는, 직접 경로(S-i) 채널과 사용자간(S-j-i) 채널이 겪는, 대규모 페이딩(fading) 및 소규모 페이딩(fading)을 포함한 등가 페이딩을 나타낸다.

와

는, 복합 항목(complex dimension) 당

의 편차를 가진, 배경 가산성 백색 가우시안 잡음(background additive white Gaussian noise: AWGN) 항이다.

AF 프로토콜에서는, 수학식 2의

를 수학식 3으로 정규화한다.

마찬가지로, 수학식 2를 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

는, (S-j) 기지국-릴레이 채널의 수신된 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio: SNR)를 나타내고,

는 정규화된 AWGN항이다.

수학식 4로부터, 릴레이되는 경로(S-j-i)의 SNR을 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

이고,

이다.

그러므로 릴레이되는 경로의 SNR을, 본질적으로, 프로토콜의 병목(bottleneck)을 지정하는 수학식 6에 의해 상계(上界)를 가진다.

일반적으로, 다중 릴레이가 사용될 때, 최대비 결합법(maximum-ratio combining: MRC)을 사용하여, 릴레이되는 경로와 직접 경로가 결합될 수 있다. 따라서,

= 1은 사용자(j)가 사용자(i)를 위한 릴레이로서 기능하는 경우에 적용되고

= 0은 그러하지 않은 경우에 적용되는 K명의 사용자 시스템에서, AF 프로토콜의 등가 SNR은 수학식 7과 같다.

DF 프로토콜에서는, 릴레이 사용자가 먼저 메시지를 복호화(decode)하려고 한다. 복호화가 성공적이면, 릴레이는 메시지를 재부호화(re-encode)하고 그 다음에 목적지 사용자에게 전달한다. 그렇지 못하면, 메시지를 릴레이하지 않는다.

이면

로 하고 그렇지 않으면

로 함으로써 등 가 SNR을 수학식 7로부터 유도할 수 있다. 즉, 등가 SNR은 수학식 8과 같다.

여기서, I(.)은 표시 함수(indicator function)이고,

는 목표비(target rate)(

)을 지원하는데 필요한 최소 수신 SNR을 나타낸다. 실제상의 DF 프로토콜의 처리율이 수학식 8에서 지정된 등가 SNR에 해당하는 것보다 더 작을 수 있다는 점을 주목하여야 한다. 또한 AF 프로토콜과 DF 프로토콜에 관한 추가적인 상세한 내용은 후술하는 여러 실시예에 관한 설명을 검토하면 명확해진다.

다운링크 처리율 최적화

언급한 바와 같이, 일 특징에서, 요지는, 기존의 네트워크가 현재의 그 프레임 구조를 변경하지 않고 사용자 협력으로부터 이익을 얻을 수 있도록, 종래의 프레임 구조에서 릴레이 타임슬롯의 최적화 또는 양호한 배치에 관한 것이다. 그 다음에, AF 협력 프로토콜과 DF 협력 프로토콜 하에서 상이한 공평성 관계(fairness concerns)로 다운링크 처리율의 최적화를 제시한다. 여러 실시예에서, 다운링크 타임슬롯과 업링크 타입슬롯이, 2개 타입의 타임슬롯 사이에 적어도 최악 경우 라운드 트립 지연(worst-case round-trip delay) 이상의 보호 구간(guard interval)으로 대체로 버스트로(in bursts) 할당되는 동기 및 반이중(half-duplex) 방식의 TDD 네트워크를 가정한다.

릴레이 타임슬롯의 배치와 관련하여, 타임슬롯 스플릿 릴레이(timeslot-splitting relaying: TSR)(300)는, 사용자 협력을 이용하기 위하여 채택될 수 있고, 기지국(302), 목적지 사용자(304), 및 릴레이 사용자(306) 사이의 통신을 위한 타이밍을 포함한 도 3을 참조하여 설명된다. 릴레이 목적을 위하여 또 다른 완전한 타임슬롯(full timeslot)을 사용하는 대신에, 그 슬롯을, 제1 서브슬롯(subslot)에서 발신지(source)가 전송하고, 제2 서브슬롯에서 릴레이(310)가 전송하는 2개의 서브슬롯으로 분할한다. 하지만 셀룰러 네트워크에서 사용자 사이의 경로 지연 때문에, 도시된 바와 같이, 인접한 타임슬롯 사이에 여전히 부분적인 간섭(312)이 있다. 여분의 보호구간이 도입되면 간섭(312)을 완전히 제거하는 것이 가능할 뿐이다.

전송기를 위한 채널 상태 정보(CSIT)가 이용 가능한 적응형 전송 시스템에서, 여분의 오버헤드(overhead)를 도입하지 않고 원래의 프레임 구조를 변경하지 않으면서 더 높은 협력 이득을 전달하는 사용자 협력을 달성하는 보다 더 효율적인 다른 방법이 있다. 협력 프로토콜을 수용할 수 있는 종래의 시스템은 여기에 설명된 기법을 포함할 수 있다. 더욱이, 또한 2개의 더 잠재적인 릴레이 타임슬롯 배치를 조사한다. 그 중 하나가 새로운 다운링크 타임슬롯에서 릴레이 동작을 수행하는 한편 다른 하나는 업링크 타임슬롯에서 릴레이 동작을 수행한다. 릴레이 동작은, 어떠한 공존하는 전송이든지의 목적지 장치(destination device)에서의 여러 등급의 간섭 제거(interference cancellation)를 포함한다. 편의상, 여기에서, 첫 번째 방법을 다운링크 어시스트 릴레이(downlink-assisted relay: DAR)라고 부르고, 두 번째 방법을 업링크 어시스트 릴레이(uplink-assisted relay: UAR)라고 부른다.

도 4는, 기지국(402), 목적지 사용자(404), 및 릴레이 사용자(406) 사이의 DAR 통신(400)을 위한 예시적인 타이밍(timing)을 나타낸다. DAR 통신(400)의 릴레이(410)는, 도시된 바와 같이, 구체적으로 정의된 다운링크 타임슬롯에서 릴레이가 수행되는 간섭(412)을 초래한다.

도 5는, 기지국(502), 목적지 사용자(504), 및 릴레이 사용자(506) 사이의 UAR 통신(500)을 위한 예시적인 타이밍을 나타낸다. UAR 통신(500)의 릴레이(510)는, 구체적으로 정의된 업링크 타임슬롯에서 수행된다. UAR 통신(500)이, 도시된 바와 같은 2세트의 간섭(512,514)을 초래할지라도, 보다 상세하게 후술하는 바와 같이, 간섭(514)은 최적 스케줄링으로 제거될 수 있다.

도 3 내지 도 5의 비교를 위해, UAR은, CSIT를 가진 TDD 네트워크에서, TSR과 DAR보다 더 높은 순수(net) 용량 이득을 제공한다. 이러한 개념은, 격리 협력 이득(isolated cooperation gain), 릴레이에 의해 다른 동시 전송(concurrent transmission)에 미치는 간섭, 및 다른 동시 전송에 의해 릴레이되는 메시지로 인한 간섭을 포함하는 3개 부분으로 더 나뉠 수 있다.

격리 협력 이득은, 비용(간섭)을 고려하지 않고 3개 후보자(candidates)에 의해 달성되는 순수 이득(pure gain)으로 정의된다. TSR이 타임슬롯의 1/2만을 사용하는 대신에 UAR과 DAR이 타임슬롯 전체를 사용하기 때문에, 그 둘 모두는 TSR에 비하여 많은 성능 이득을 달성한다. 이것을 수학식 9로 나타낸다.

여기서, c는, 일반적인 TSR 전략을 위하여 분할된 타임슬롯의 서브슬롯의 수이다.

상기한 바와 같이, 도 3 내지 도 5는, 종래의 타임슬롯 스플릿 릴레이(TSR), 다운링크 어시스트 릴레이(DAR), 및 업링크 어시스트 릴레이(UAR)를 서로 비교하기 위한 3개의 잠재적인 릴레이 타임슬롯 포지션을 각각 나타낸다.

동시 전송의 간섭과 관련하여, 도 3에 도시된 바와 같이, TSR(300)은, 단지 인접한 타임슬롯에 부분적인 간섭을 일으키기만 하므로 이점을 갖는 것으로 확인된다. 반면에, 일견, UAR(500)이 다른 둘보다 열등하게 수행하는 것같이 보인다. 하지만 후술하는 바와 같이, 이것은 전체 상황을 반영하지 못하고, 일반적으로 UAR(500)가 모든 3개 전략 중에서 가장 양호하게 수행한다.

도 5에 도시된 바와 같은 DF 프로토콜과 UAR 전략(500)을 고려하면, 간섭받는 업링크 타임슬롯에서는, 릴레이 사용자(j)(506)가 메시지(

)를 목적지 사용자(i)(504)로 전달한다. 동시에, 또 다른 사용자(k)(508)가 자신의 업링크 메시지(

)를 기지국(S)(502)에 전송한다. 기지국(502)에 수신된 메시지는 수학식 10a로 나타난다.

여기서,

는, 사용자(j)(506)로부터 수신된, 사용자(k)(508)의 메시지에 미치는 간섭을 나타낸다. 프레임 타이밍에 릴레이 동작이 동기되게 억제함으로써

를

로 간략하게 나타낼 수 있다. 기지국에서

,

, 및

를 알기 때문에, 간섭이 제거될 수 있어 사용자(k)(508)를 위한 무간섭(interference-free) 수신 메시지는 수학식 10b와 같이 된다.

비록 AF 프로토콜이 사용되더라도, 사용자(k)(508)의 수신 메시지에 남아있는 작은 여분의 잡음 항을 제외하고 여전히 간섭을 제거할 수 있다.

TSR과 DAR에 있어서, 일반적으로, 목적지 사용자(k)의 수신된 다운링크 메시지는 수학식 11과 같은 형태로 나타낼 수 있다.

여기서,

는, 수신된 아날로그 메시지를 디지털 도메인(domain)으로 변환하는 몇몇 필터링 프로세스(filtering process)를 진행한 후의 결과적인 부분 간섭을 나타낸다. 사용자(k)가

,

, 및

의 정보를 갖지 못하기 때문에, 간섭이 제거될 수 없다. 하지만 적절한 스케줄링, 시그널링(signaling), 및 보호 구간의 도입이 있으면, 누락 정보(missing information)가 사용자(k)에 의해 획득될 수 있고, 유사한 간섭제거법이 DAR에서도 채택될 수 있다.

AF 프로토콜에 유사한 상황이 적용된다. 도 3 및 도 4에서, 사용자(i)가, 사용자(j)에 의해 릴레이되는 자신의 이전의 다운링크 메시지로부터 자기간섭(self-interference)을 겪는 특별한 경우가 도시되어 있다. 하지만 연속적인 타임슬롯에서, 이전의 사용자로부터 멀리 떨어져 있는 상이한 사용자를 스케줄링함으로써, 간섭을 경로 손실과 같은 대규모 페이딩(fading)에 의해 상당히 줄일 수 있다.

동시 전송의 간섭과 관련하여, 단지 UAR 스킴(scheme)만이, 선택된 동시 업링크 사용자가 그 릴레이로부터 메시지를 수신하고 있는 목적지 사용자로부터 멀리 떨어져 있는 철저한 스케줄링을 통하여 간섭을 상당히 줄인다. TSR과 DAR에서, 동시 전송은, 대신에 다방향 전송(omnidirectional transmission)을 가진 기지국(S)에서 나온다. 그러므로 간섭은, 기지국 전송 전력을 조정하고 어떠한 공존 전송(coexisting transmission)이든지의 커버리지(coverage)를 본질적으로 제한함으로써 감소된다.

상기한 3개 시나리오, 즉 TSR, DAR, 및 UAR은 아래의 표 1에 요약되어 있다. 상기한 3개 특성을 고려해 봄으로써, UAR은, 높은 협력 이득, 릴레이가 어떠한 전력 레벨이든지를 전송하는 동시 전송에 대한 최소 간섭, 및 스케줄링을 통하여 다른 사용자들로부터의 무시할만한 간섭으로 인해 우수한 후보자인 것으로 나타났다. 본질적으로, 이것은, 전체 타임슬롯을 사용하는 다중 수직 릴레이 채널을, 이용 가능한 CSIT를 가진 TDD 네트워크에서 UAR을 통하여 획득될 수 있다는 것을 의미한다.

표 1은, 3개의 잠재적인 릴레이 타임슬롯 상태(positions)의 비교표이다.

	협력 이득	간 섭
	협력 이득	동시 전송	릴레이 메시지
타임슬롯 스플릿 릴레이	낮음	스케줄링에 의해 부분적으로 상당히 개선됨	스케줄링에 의해 부분적으로 개선됨
다운링크 어시스트 릴레이	높음	스케줄링에 의해 크게 개선됨	스케줄링에 의해 심하게 개선됨
업링크 어시스트 릴레이	높음	완전 제거됨 (AF의 경우 작은 여분의 잡음 항이 있음)	스케줄링에 의해 크게 개선됨

다운링크 처리율 최대화와 관련하여, AF 프로토콜과 DF 프로토콜에 사용될 2개의 익스트림 스케줄링 알고리즘(extreme scheduling algorithm)을 고려한다. 첫 번째 것은, 사용자에게 어떠한 공평성 제약이든지를 부과하지 않고 최대 시스템 처리율을 달성하며, 최대 처리율 스케줄링(max-throughput scheduling)이라고 부른다. 두 번째 것은, 라운드 로빈 전략(round-robin strategy)인데, 대신에 사용자들 사이의 지연에 관하여 절대적 공평성을 달성한다. 아래에 추가적으로 상세하게 나타내는 바와 같이, 라온드 로빈 스케줄링 알고리즘과 AF 프로토콜은, 연대하여, 지연에 관하여 사용자 사이의 공평성을 유지하면서 양호한 시스템 처리율을 제공하기 위한 단순하고 강력한 전략을 형성한다.

“무 공평성(without fairness)” 제약과 관련하여, DF 프로토콜은, 수학식 8에 나타낸 바와 같이 협력을 통하여 더 높은 수신 SNR을 달성할 수 있더라도, 공평성 관계가 없이 최대 시스템 처리율을 고려할 때 어떠한 용량 이득도 전달하지 못한다. 이제 아래의 원리와 증명을 진술한다.

제1원리: DF 협력은, 어떠한 동작 SNR 영역에서든지 시스템 처리율을 최대화하기 위하여 사용자를 스케줄링할 때, 비협력적 상대방과 동일한 최대 시스템 처리율을 달성한다.

증명:

을 주어진 링크의 SNR의 최대 달성 비율이라고 한다.

를, 목적지 사용자(i)의 기수(cardinality)(

)를 가진 릴레이 할당 집합(relay assignment sets)의 집합이라고 정의한다. 수학식 8은, 단지 몇몇의 j에 대해 단지

이거나, 동등하게도, 주어진

에 대해

이면, 협력 이득이 가능하다는 것을 나타내는데, 이는 사용자()에 대해 DF 프로토콜에 의해 달성되는 최대비(

)가 수학식 12에 의해 상계를 가지는 것을 더 의미한다.

수학식 12로부터, DF 프로토콜의 최대 달성 시스템 처리율은 수학식 13처럼 나타나는 것이 명확하고, 이는 비협력 네트워크의 것과 동일하다.

DF 프로토콜과 달리, AF 프로토콜은, 직접 경로 및 릴레이 경로로부터 수신된 신호를 결합한 후에만 메시지 검출을 하기 때문에, 항상 협력 이득을 제공한다. 수학식 7의 등가 SNR이 최대화될 때 최대 시스템 처리율이 달성된다. 즉, 문제점은 수학식 14와 같이 공식화된다.

시스템 사용자의 수가 종종, 이용 가능한 직교 릴레이 채널의 수보다 더 크기 때문에,

가 더 최적화될 필요가 있다. 후에 상술될 릴레이 선택 및 전력 할당이 수행될 필요가 있다.

“공평성 있음(with fairness)”제약, 또는 라운드 로빈과 관련하여, 주어진 목표 사용자(i)의 수학식 7의 등가 SNR을 최대화할 때 라운드 로빈 스케줄링에 대해 최대 시스템 용량이 달성된다. 상기한 바와 같이, 다중 사용자 시스템에서, 사용자의 수는 총 이용 가능한 직교 릴레이 채널의 수보다 더 클 것이다. 그러므로 릴레이 채널에 대한 전력 할당처럼 릴레이 선택은 적절하다. 다음에, AF 프로토콜에 집중하여 전체 N개의 직교 릴레이 채널을 가진 주어진 목표 사용자(i)를 위한 최적의 릴레이 선택 및 전력 할당 전략을 얻고, 모든 잠재적인 릴레이 사용자가 모든 채널을 최대한 확보하도록 허용된다. DF 프로토콜의 최적화는, 수학식 5에서

인 AF 프로토콜의 특별한 경우이고, 그 다음에 그 문제는 단순한 문제가 된다. 이하에서는, m을, 릴레이 채널의 인덱스(index)를 지정하기 위하여 사용될 것이다.

다음은, 예시적이고 비한정적인 실시예들에 따른 최적의 릴레이 선택 및 전력 할당을 설명한다.

이라고 하면, 이는 m번째 릴레이 채널의 릴레이 경로(S-j-i)를 위한 등가 SNR을 나타낸다. 목적물(objective)은, 수학식 15b, 수학식 15c, 및 수학식 15d의 가정 하에 수학식 15a와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 15b의 제약은, 릴레이 채널(m)의 사용자(j)를 위한 개별적인 최대 전력 제약인데, 이는 또한, 같은 채널의 다른 전송에 미치는 최대 동채널(co-channel) 간섭을 제어하는데 사용될 수 있다. 또한, 수학식 15c로 나타낸 총 릴레이 전력 제약이 있다. 기지국 전력은 고정되어 있고 알려져 있다고 가정되고, 따라서

는 또한, 이동 사용자(mobile users)(릴레이)의 전력 제약에 독립적이다. 사용자간 채널 이득은 또한, 기지국에서 인식되는 것으로 가정된다. 실제로, 이것들은, 특정한 목표 사용자를 위한 협력 그룹(group)의 초기 설정(initial setup) 동안에 얻어진 채널 이득 임계값(threshold)의 미리 정의된 집합으로부터의 값이 될 수 있다. 마지막으로, 수학식 15d의 제약은, 단지 단일 사용자만이 각 릴레이 채널을 위한 릴레이로 허용된다는 것을 나타낸다.

문제는, 일반적으로 조합적(combinatorial)이다. 하지만 함 수(

)는 오목하고 단조롭게 증가하는 것으로 나타날 수 있다. 매개 변수(

)에 완화 기법(relaxation technique)을 사용함으로써 그 문제는, 라그랑지안 승수(Lagrangian Multiplier) 조건과 카루쉬-쿤-터커(Karush-Kuhn-Tucke: KKT) 조건의 도움으로 해결할 수 있는 볼록 최대화(convex maximization) 문제로 공식화될 수 있다. 여기에, 얻어진 최적의 사용자 선택 및 전력 할당 전략의 결과를 나타내었다. 이 문제는, 병렬 채널을 가진 종래의 네트워크의 용량 최대화 문제와 유사하지만, 결과적인 최적의 릴레이(사용자) 선택 전략에서 명확한 차이점이 있다.

최적의 릴레이 선택과 관련하여, m번째 릴레이 채널에 대한 최적의 사용자(

)는 수학식 16b 및 수학식 16c의 조건에서 수학식 16a에 따라 선택된다.

는

에 대하여 도함수(derivative)이고,

는, 수학식 15c의 총 전력 제약을 만족하도록 조절되는 모든 m개 릴레이 채널 사이의 공통 매개 변수이다.

가 커질수록, 주어진 선택된 사용자의 세트에게 할당되는 전력은 작아진다.

시스템 용량을 최대화하는 종래의 네트워크를 위한 최적 사용자 선택 전략은, 가장 좋은 채널을 가진 사용자를 선택하는 것으로 축소될 수 있다는 것은 공지되어 있다. 개별적인 최대 전력 제약이 부과될 때, 최대비(largest rate)를 가진 사용자를 선택하는 것이 최적이라는 것을 증명할 수 있다. 하지만 이것은, 더 이상, 최대의

를 선택하는 것이 최적의 해결을 달성하지 못하는 사용자 협력을 가진 우리의 시스템을 위한 경우가 아니다.

최적 전력 할당과 관련하여, 선택된 릴레이 사용자의 어떠한 세트이든지를 위한 최적 전력 할당을 수학식 17과 같이 나타낼 수 있다.

여기서,

이다

이러한 결과는, 대신에 TSR 접근법을 채택한 고정된 수의 릴레이에 의해 지원되는 1쌍의 발신지 노드(source node) 및 목적지 노드와 일치한다.

수학적 결과와 논의

셀룰러 네트워크의 다운링크에서, 최대 시스템 처리율은, 종종, 기지국에 가까이 있는 소수의 사용자에 의해 좌우된다. 그러므로 멀리 떨어진 사용자를 위한 어떠한 상당한 개선도 단지 구별할 수 있는 전체 시스템 처리율 증가에만 해당할 수 있기 때문에, 그러한 척도 하에서 사용자 협력 프로토콜의 유효성을 평가하는 것은 적절치 못할 수 있다. 보다 더 유효한 결과를 얻기 위해서는, 사용자들이 기지국으로부터의 비슷한 평균 채널 이득을 갖는 협력 그룹 내의 성능이 고려된다.

언급한 바와 같이, TDD 시스템을 가정하고, 시뮬레이션(simulation) 환경은 다음과 같다. 반경 1㎞의 셀(cell)을 고려하고, 사용자들은, 50m 반경의 각 클러스터(clusters) 내에 균일하게 분포되어 있다. 모든 클러스터는, 5개 사용자를 포함하고, 기지국으로부터 상이한 거리에서 평가된다. 기지국-사용자 채널 및 사용자간(inter-user) 채널에 대해 동일 독립 분산(Identical and independently distributed: i.i.d.) 레일리 페이딩(Rayleigh fading)을 가정한다. 기지국으로부터 100m 떨어진 곳에서 참조 평균 전력이 30㏈인 모든 경우에 경로 손실 지수(path loss exponent)를 3으로 설정한다. 특히, 이들 결과에서 2개 스케줄링 전략 하의 AF 프로토콜, 최대 처리율, 및 라운드 로빈이 고려된다. 준정적(quasi-static) 채널이 고려되고, 각 릴레이 채널의 최대 전력(peak power)이 최대 총 릴레이 전력으로 되는 것이 허용된다.

도 6은, 1개 릴레이(610), 무 릴레이(no relay)(620), 및 3개 릴레이(630)를 위한 최대 처리율 스케줄링(600)을 나타낸다. 각각의 경우에서, 100m, 250m, 500m 및 950m의 거리에 있는 사용자를 각각 나타내는 개별적인 커브 클러스터(640,650,660,670)가 제공된다. 상기한 바와 같이, DF 프로토콜은 최대 시스템 처리율에서 이득을 달성하지 못한다. 하지만 도 6에 도시된 바와 같이, AF 프로토콜 또한 단지 미미한 개선만을 제공한다. 이득은, 1개 릴레이에서 처리율 이득이 ~8%로 기록되는 셀 가장자리(edge) 근처에 있는 가장 멀리 떨어진 클러스터에서 가장 큰 것으로 나타난다. 단지 기지국 전송 전력보다 20㏈ 더 적은 소량의 릴레이 전력만이 필요하고, 릴레이 전력을 더 증가하는 것은 어떠한 상당한 개선도 가져오지 못한다. 3개 릴레이의 상계(upper bound)는, 사용자간의 채널에 잡음이 없는 참조로서 제공된다. 이러한 경우에, 상기 시스템은 단일 입력 다중 출력(single-input-multiple-output: SIMO) 시스템이 된다. 추가적인 릴레이에 의한 포텐셜 이득(potential gain)도 제한되고, 예외적으로 밀집된 릴레이를 고려하지 않으면, 일반적인 네트워크의 경우가 될 예정이라는 것을 알 수 있다.

도 7에, 1개 릴레이(710)와 무 릴레이(no relay)(720)를 위한 라운드 로빈 스케줄링(700)이 도시되어 있다. 각각의 경우에서, 100m, 250m, 500m 및 950m의 거리에 있는 사용자를 각각 나타내는 개별적인 커브 클러스터(730,740,750,760)가 제 공된다. 라운드 로빈 스케줄링(700)은, 모든 사용자가 채널의 동일한 비율 공유와 동일한 지연을 가지지만 종종 상당한 처리율을 지출하는 공정한 조건에서 사용자가 전송할 수 있게 한다. 도 7은 이것이 더 이상 사용자 협력이 가능한 경우가 아니라는 것을 나타낸다. 시스템 처리율의 상당한 이득은, 단지 1개 릴레이와 한정된 릴레이 전력에서 달성된다. 예를 들면, 셀 가장자리 근처의 클러스터에 대해, 릴레이를 위해 단지 1% 기지국 전송 전력만을 지출하며 70% 초과의 처리율 증가가 달성된다. 250m에 있는 클러스터에 대해 25% 초과의 이득이 획득되고, 100m에 있는 클러스터에 대해 약 10% 이득이 획득되는 기지국 근처의 클러스터에 대해 매력적인 이득이 여전히 달성될 수 있다. 최대 처리율 스케줄링의 용량 부족(capacity gap)은 크게 감소한다. 임의의 사용자가 릴레이로서 더욱 빈번하게 사용되는 경우가 있을 수 있다. 하지만 셀룰러 네트워크에서 대역폭이 종종, 전력보다 더 중대한 사안이기 때문에, 채널이 변동할 때 장기적 공평성은 여전히 유지될 수 있는 반면, 이러한 단기적 공평성은 허용할 수 있는(tolerable) 것이어야 한다.

UAR(810)과 TSR(820)의 비교와 관련하여, 도 8은, 상이한 릴레이 타임슬롯 배치의 효과를 나타낸다. 100m에서, 곡선(830,840)은 UAR 성능(performance)과 TSR 성능을 각각 나타낸다. 유사하게, 250m, 500m 및 950m에서, 곡선(832,842), 곡선(834,844) 및 곡선(836,846)은, UAR 성능과 TSR 성능을 각각 나타낸다. 각 거리와 곡선의 세트에 대해, UAR 접근법이 TSR 접근법보다 훨씬 더 좋다는 것을 알 수 있다. 최대 처리율 스케줄링을 고려할 때, TSR 성능은, 수학식 9를 사용하여 예측할 수 있는 바와 같이, 비협력적 상대방보다 한층 더 나쁘다.

도 9는, 최적 알고리즘에 따라 릴레이와 스케줄링을 하기 위한 비한정적이고 대표적인 제1 실시예의 흐름도이다. 반드시 특정한 순서이어야 할 필요는 없지만, 단계(900)에서, 사용자의 세트와 릴레이 장치에 대하여, 다중 사용자와 통신하는데 적용될 공평성 기준이 결정된다. 그 다음에, 단계(910)에서, 이용 가능한 곳의 CSIT 정보를 결정한다. 단계(920)에서, 적용된 공평성 스킴(scheme)과, 이용 가능하다면 CSIT 정보에 기초하여, 최적 릴레이 스케줄이 형성된다. 단계(930)에서, 최적 스케줄을 사용하여 데이터 릴레이를 수행한다. 일 실시예에서, 상기한 바와 같이, DAR을 사용할 수 있는 것처럼 UAR을 사용할 수 있다. 단계(940)에서, AF 또는 DF와 같은 사용자 협력 프로토콜에 따라 통신을 수행함으로써 다운링크 처리율이 최적화된다. 단계(950)에서, 장치 전송을 포함한 주어진 환경에 대해 전력을 동적으로(dynamically) 할당한다.

도 10은, 최적 알고리즘에 따라 릴레이와 스케줄링을 하기 위한 비한정적이고 대표적인 제2 실시예의 흐름도이다. 마찬가지로 반드시 특정한 순서이어야 할 필요는 없지만, 단계(1000)에서, CSIT 정보는 추정되거나 그렇지 않으면 CSIT 정보는 입수 가능하다. 단계(1010)에서, 사용자 사이의 공평성이 동등하다는 가정을 기초로 하여 릴레이 전송을 위한 최적 스케줄링을 수행한다. 예를 들면, 우선순위의 견지에서 상이한 사용자들을 동등하게 취급하는 라운드 로빈 타입의 시스템이 채택될 수 있거나, 모든 사용자에게 무 공평성 제약이 적용될 수 있다. 단계(1020)에서, UAR 또는 DAR을 사용하여 릴레이가 수행된다. 그 다음에, 단계(1030)에서, AF 사용자 협력 프로토콜 또는 DF 사용자 협력 프로토콜에 따라 데이터가 전송된다. 그 다음에, 단계(1040)에서, 릴레이 전송의 스케줄을 위하여 전력이 동적으로 최적화된다. 단계(1050)에서, 최적 다운링크 처리율을 달성하는 최적화된 매개 변수에 따라 전송을 수행한다. 유리하게는, 상기 실시예는, 무선통신을 위한 기존의 네트워크 프레임 구조물에 통합될 수 있다.

도 11은, 여기에 설명한 여러 실시예의 몇몇 비한정적인 특징을 나타낸 릴레이와 스케줄링을 위한 일 실시예의 블록도이다. 설명의 간편함을 위하여, 여기에 설명한 사용자 협력 릴레이 기법은 어떠한 수의 릴레이 사용자 및 목표 사용자라도 적용할 수 있지만, 단일의 릴레이 사용자(1120) 및 목표 사용자(1110)가 도시되어 있다. AF 또는 DF와 같은 사용자 협력 프로토콜에 따라 릴레이 장치의 세트와 목표 사용자 장치에 데이터를 전송하기 위한 기지국(1100)이 제공된다. 이 점에 있어서, 기지국(1100)은 UAR(1136) 또는 DAR(미도시)에 따라 릴레이를 수행할 수 있다.

기지국(1100)은, 최대 시스템 처리율(1132)을 달성하기 위하여, 목표 사용자 장치에 공평성 제약이든지를 부과함 없이, 또는 목표 사용자 장치들 사이의 지연에 관하여 절대적 공평성을 달성하는 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘에 따라 릴레이한다. 따라서 릴레이 스케줄(1130)은, 공평성 고려(fairness considerations)와, 시스템의 전송을 위한 최적 전력을 할당하는 단계(1134)를 포함할 수 있는 시스템 처리율 최적화에 기초하여 최적화된다.

요약하자면, 여러 가지의 비한정적인 실시예에서, 사용자 협력의 다운링크 처리율 최적화 문제를 조사하였다. 고정된 쌍의 발신지와 목적지에 집중하는 종래의 연구와는 상이하게, 협력 프레임워크(framework)에 사용자 스케줄링을 상이한 공평성 관계와 함께 통합한다. 일반적으로 사용되는 2개의 협력 프로토콜, 증폭 및 전송(amplifying and forward: AF), 및 복호 및 전송(decode and forward: DF)을 평가하고 몇몇 예시적인 결과를 나타내었다.

구체적으로, 여기에서, 공평성 제약 없이 시스템 처리율을 최대화하기 위하여 사용자를 스케줄링할 때, DF 프로토콜이 비협력적 상대방에 비하여 최대 달성 시스템 처리율에서 어떠한 이득도 제공할 수 없는 반면에 AF 프로토콜은 항상 개선된다는 것을 증명하였다. 또한 종래의 프레임 구조에서의 릴레이 타임슬롯 배치는, 사용자 협력의 성능에 직접 영향을 미치는 것으로 조사되었다. 철저한 사용자 스케줄링에 의해, CSIT가 이용 가능한 적응형 셀룰러 네트워크를 위한 상이한 타임슬롯에서 다른 전송과 동시에 다중 릴레이가 지원될 수 있다는 것이 나타났다. 이것은, 프레임 구조를 수정할 필요 없이 기존의 시스템에 사용자 협력을 용이하게 통합할 수 있게 한다.

해당하는 최적의 릴레이 선택 및 전력 할당 알고리즘을 얻었다. 게다가 특히 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘을 위한 다운링크 처리율의 상당한 이득을 달성하는데 단지 1개의 릴레이로 충분하다는 것을 증명하였는데, 이는 최대 달성 시스템 처리율을 크게 희생하지 않고 지연에 관하여 사용자 사이의 공평성을 유지하기 위하여 사용자 협력과 결합할 때 바람직한 전략이 된다.

예시적인 통신 네트워크 및 환경

상기한 최적화는, 어떠한 네트워크에도 적용될 수 있지만, 이하의 설명은, 본 발명을 통합하기 위한 몇몇 예시적인 텔리포니 무선 네트워크(telephony radio network)와 비한정적인 운영환경을 설명한다. 후술하는 운영 환경이 불완전(non-exhaustive)하다고 간주하여야 하고, 하지만 이로써 후술하는 네트워크 아키텍처(network architecture)는 단지, 본 발명이 통합될 수 있는 일 네트워크 아키텍처를 나타낼 뿐이다. 하지만 본 발명은 통신 네트워크를 위한 어떠한 기존 또는 미래의 대안적인 아키텍처에도 통합될 수 있다는 것을 알 수 있다.

GSM(global system for mobile communications)은, 현재 고속으로 성장하고 있는 통신시스템에서 가장 폭넓게 사용되는 무선 접속 시스템 중 하나이다. GSM은, 휴대용 전화기 또는 컴퓨터 사용자와 같은 가입자에게 회선교환 데이터 서비스(circuit-switched data service)를 제공한다. GSM 기술로 확장되는 범용 패킷 무선 서비스(General Packet Radio Service: GPRS)는, GSM 네트워크에 패킷 스위칭(packet switching)을 도입한다. GPRS는, 고속 및 저속 데이터와 시그널링(signaling)을 효율적으로 전송하기 위하여 패킷 기반 무선통신(packet-based wireless communication) 기술을 사용한다. GPRS는 네트워크 및 무선 자원의 사용을 최적화하고, 이로써 무선자원은 패킷 모드 애플리케이션(packet mode application)을 위한 GSM 네트워크 자원의 비용 절감과 효율적인 사용을 가능하게 한다.

당업자가 알 수 있는 바와 같이, 여기에 설명한 예시적인 GSM/GPRS 환경 및 서비스는 또한, 범용 이동 전화 시스템(Universal Mobile Telephone System: UMTS), 주파수 분할 듀플렉스(Frequency Division Duplexing: FDD) 및 시분할 듀플 렉싱(Time Division Duplexing: TDD), 고속 패킷 데이터 접속(High Speed Packet Data Access: HSPDA), cdma2000 1x EVDO(Evolution Data Optimized), 코드 분할 다중 접속-2000(Code Division Multiple Access-2000: cdma2000 3x), 시분할 동기 코드 분할 다중 접속(Time Division Synchronous Code Division Multiple Access: TD-SCDMA), 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access: WCDMA), 인핸스드 데이터 GSM 환경(Enhanced Data GSM Environment: EDGE), 아이엠티-2000(IMT-2000: International Mobile Telecommunication-2000), 디지털 인핸스드 무선통신(Digital Enhanced Cordless Telecommunication: DECT) 등과 같은 3세대(3G) 서비스뿐만 아니라 향후에 이용할 수 있는 다른 네트워크 서비스로 확장될 수 있다. 이러한 점에서, 본 발명의 기법은, 데이터 전송 방법에 독립적으로 적용될 수 있고, 달리 지정한 것을 제외하고 특정한 네트워크 아키텍처 또는 기본적인(underlying) 프로토콜에 의존할 필요가 없다.

도 12는, 본 발명을 실시할 수 있는, GPRS 네트워크와 같은 예시적인 패킷 기반 이동 셀룰러 네트워크 환경의 전체 블록도를 나타낸다. 이러한 환경에서, 복수개의 기지국 서브시스템(Base Station Subsystem: BSS)(1200)(단지 1개만이 도시됨)이 존재하고, 그 각각은, 베이스 트랜시버 스테이션(Base Transceiver Station: BTS)(1204,1206,1208)와 같은 복수개의 BTS를 콘트롤하는 기지국 콘트롤러(Base Station Controller: BSC)(1202)를 포함한다. BTS(1204,1206,1208 등)는, 패킷 기반 이동 장치의 사용자가 무선 네트워크에 연결되는 접속점이다. 예시적인 방법에서, 사용자 장치로부터 발생한 패킷 트래픽(packet traffic)은, 에어 인터페이 스(air interface)를 통해 BTS(1208)로 전송되고, BTS(1208)에서 BSC(1202)로 전송된다. BSS(1200)와 같은 기지국 서브시스템은, 서비스 GPRS 서포트 노드(Service GPRS Support Nodes: SGSN)(1212,1214)와 같은 SGSN을 포함할 수 있는 인터널 프레임 릴레이 네트워크(internal frame relay network)(1210)의 일부분이다.

각각의 SGSN은, 이번에는, SGSN(1212,1214) 등이 복수개의 게이트웨이 GPRS 서포트 노드(gateway GPRS support nodes: GGSN)(1222,1224,1226 등)에 데이터 패킷을 라우트(route)할 수 있고, GGSN(1222,1224,1226 등)으로부터 데이터 패킷을 라우트할 수 있는 인터널 패킷 네트워크(internal packet network)(1220)에 연결된다. 도시된 바와 같이, SGSN(1214)와 GGSN(1222,1224,1226)은 인터널 패킷 네트워크(1220)의 일부분이다. 게이트웨이 GPRS 서비스 노드(1222,1224,1226)는 주로, 퍼브릭 랜드 모바일 네트워크(Public Land Mobile Network: PLMN)(1245), 기업 인트라넷(corporate intranets)(1240), 또는 고정 종단 시스템(Fixed-End System: FES) 또는 공중 인터넷(public internet)(1230)과 같은 외부(external) 인터넷 프로토콜(Internet Protocol: IP) 네트워크에 인터페이스를 제공한다. 도시된 바와 같이, 가입자 기업 네트워크(1240)가, 방화벽(1232)을 거쳐GGSN(1224)에 연결될 수 있고, PLMN(1245)가 보더 게이트웨이 라우터(boarder gateway router)(1234)를 거쳐 GGSN(1223)에 연결된다. 원격 인증 다이얼-인 사용자 서비스(Remote Authentication Dial-In User Service: RADIUS) 서버(1242)는, 이동 셀룰러 장치의 사용자가 기업 네트워크(1240)를 호출할 때, 호출자 인증을 위하여 사용될 수 있다.

일반적으로, GSM 네트워크에서, 4개의 상이한 셀(cell) 크기, 즉 매크로 셀(macro cell), 마이크로 셀(micro cell), 피코 셀(pico cell), 및 엄브렐러 셀(umbrella cell)이 존재할 수 있다. 상이한 환경에서, 각 셀의 커버리지 영역(coverage area)이 상이하다. 매크로 셀은, 기지국 안테나가 철탑 또는 빌딩에 평균 옥상 높이보다 높게 설치되어 있는 셀로서 간주될 수 있다. 마이크로 셀은, 안테나 높이가 평균 옥상 높이보다 낮은 셀이고, 일반적으로 도심지에서 사용된다. 피코 셀은, 직경이 수십 미터인 작은 셀이고, 주로 실내에서 사용된다. 반면에, 엄브렐러 셀은, 소형 셀의 사각 지역(shadowed regions)을 담당하고 상기의 셀들 사이의 커버리지의 틈(gap)을 채우기 위하여 사용된다.

필수적이지 않더라도, 청구되는 내용(claimed subject matter)은, 장치 또는 객체(object)를 위한 서비스의 개발자에 의한 사용을 위하여, 운영시스템을 통하여 부분적으로 구현될 수 있고/있거나 청구되는 내용의 하나 이상의 구성 요소와 함께 동작하는 애플리케이션 소프트웨어(application software) 내에 포함될 수 있다. 소프트웨어는, 클라이언트(clients), 서버, 이동 장치, 또는 다른 장치와 같은 하나 이상의 컴퓨터에 의해 실행되는, 프로그램 모듈(program modules)과 같은 일반적인 컴퓨터 실행 가능한 명령(computer-executable instructions)의 일반적인 콘텍스트(context)로 기술되어 있다. 당업자는, 청구되는 내용이, 비한정적인 구현 상세(details)가 주어진 다른 컴퓨터 시스템 구성(configurations)과 프로토콜에서 또한 실행될 수 있다는 것을 이해한다.

도 13은 청구되는 내용이 구현될 수 있는 적절한 컴퓨팅 시스템 환경(1300) 의 일 예를 나타낸다. 상기 명확하게 하였지만, 컴퓨팅 시스템 환경(1300)은 오로지 미디어(media) 장치를 위한 적절한 컴퓨팅 환경의 일 예를 나타낼 뿐이고, 청구되는 내용의 사용 범위 또는 기능성의 어떠한 한정도 제시하는 것으로 의도되지 않는다. 게다가 컴퓨팅 환경(1300)은 청구되는 내용에 관한 관하여 어떠한 의존성 또는 조건도, 그리고 예시적인 운영 환경(1300)에 도시된 어떠한 구성 요소 또는 구성요소의 조합도 제시하는 것으로 의도되지 않는다.

도 13을 참조하면, 여기에 설명한 여러 가지 측면을 이행하기 위한 원격 장치(remote device)의 일 예는, 컴퓨터(1310) 형태의 범용 컴퓨터 장치를 포함한다. 컴퓨터(1310)의 구성 요소는, 한정되지 아니 하지만, 프로세싱 유닛(processing unit)(1320), 시스템 메모리(system memory)(1330), 및 시스템 메모리를 포함한 여러 시스템 구성 요소를 프로세싱 유닛(1320)에 연결하는 시스템 버스(system bus)(1321)를 포함할 수 있다. 시스템 버스(1321)는, 메모리 버스 또는 메모리 콘트롤러(memory controller), 페리퍼럴 버스(peripheral bus), 및 다양한 버스 아키텍처 중 어느 것이든 사용하는 로컬 버스(local bus)를 포함하는 여러 가지 형태의 버스 구조 중 어떠한 것이든지 될 수 있다.

컴퓨터(1310)는, 다양한 컴퓨터 판독 가능한 미디어(computer readable media)를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 미디어는, 컴퓨터(1310)에 의해 액세스할 수 있는 이용 가능한 미디어가 될 수 있다. 한정하지 않는 예로서, 컴퓨터 판독 가능한 미디어는, 컴퓨터 스토리지 미디어(computer storage media)와 통신 미디어를 포함할 수 있다. 컴퓨터 스토리지 미디어는, 컴퓨터 판독 가능한 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 방법 또는 기법으로 구현된 착탈식 미디어와 고정식 미디어뿐 아니라 휘발성 미디어와 비휘발성 미디어를 포함한다. 컴퓨터 스토리지 미디어는, 한정하지 아니 하지만, 램(RAM), 롬(ROM), 이이피롬(EEPROM), 플래시 메모리(flash memory) 또는 다른 메모리 기술, 시디롬(CDROM), 디브이디(DVD: digital versatile disks) 또는 기타 옵티컬 디스크 스토리지(optical disk storage), 마그네틱 카세트(magnetic cassettes), 마그네틱테이프(magnetic tape), 마그네틱 디스크 스토리지(magnetic disk storage) 또는 다른 마그네틱 스토리지(magnetic storage) 장치, 또는 컴퓨터(1310)에 의해 액세스할 수 있고 희망하는 정보를 저장하기 위해 사용될 수 있는 다른 어떠한 미디어이든지를 포함한다. 통신 미디어는, 반송파(carrier wave) 또는 다른 전송 메커니즘(transport mechanism)과 같은 변조된(modulated) 데이터 신호에, 컴퓨터 판독 가능한 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 다른 데이터를 포함할 수 있고, 어떠한 적절한 정보 전달 미디어(information delivery media)이든 포함할 수 있다.

시스템 메모리(1330)는, 롬(ROM) 및/또는 램(RAM)과 같은 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리 형태의 컴퓨터 스토리지 미디어를 포함할 수 있다. 컴퓨터(1310) 내의 구성 요소(elements) 사이에서 정보를 전송하는 것을 도와주는 베이직 루틴(basic routines)을 포함한 바이오스(BIOS: basic input/output system)는, 스타트 업(start-up)과 같은 기간 동안, 메모리(1330)에 저장될 수 있다. 또한 메모리(1330)는, 프로세싱 유닛(1320)에 의해 즉시 액세스할 수 있고/있거나 현재 운영 하는 중에 있는 데이터 및/또는 프로그램 모듈을 포함할 수 있다. 비한정적인 예로서, 메모리(1330)는 또한, 운영시스템, 애플리케이션 프로그램, 다른 프로그램 모듈, 및 프로그램 데이터를 포함할 수 있다.

또한 컴퓨터(1310)는, 다른 착탈식/고정식 휘발성/비휘발성 컴퓨터 스토리지 미디어를 포함할 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터(1310)는, 고정식 비휘발성 마그네틱 미디어로부터 판독(read)하거나 고정식 비휘발성 마그네틱 미디어에 기록(write)하는 하드 디스크 드라이브(hard disk drive), 착탈식 비휘발성 마그네틱 디스크로부터 판독하거나 착탈식 비휘발성 마그네틱 디스크에 기록하는 마그네틱 디스크 드라이브(magnetic disk drive), 및/또는 시디롬(CD-ROM) 또는 다른 옵티컬 미디어와 같은 착탈식 비휘발성 옵티컬 디스크(optical disk)부터 판독하거나 착탈식 비휘발성 옵티컬 디스크에 기록하는 옵티컬 디스크 드라이브(optical disk drive)를 포함할 수 있다. 예시적인 운영 환경에서 사용할 수 있는 다른 착탈식/고정식 휘발성/비휘발성 컴퓨터 스토리지 미디어는, 한정하지 아니 하지만, 마그네틱 테이프 카세트, 플래시 메모리 카드(flash memory cards), 디브이디(DVD), 디지털 비디오 테이프(digital video tape), 솔리드 스테이트 램(solid state RAM), 솔리드 스테이트 롬(solid state ROM) 등을 포함한다. 하드 디스크 드라이브는 고정식 메모리 인터페이스와 같은 인터페이스를 통하여 시스템 버스(1321)에 연결될 수 있고, 마그네틱 디스크 드라이브 또는 옵티컬 디스크 드라이브는 착탈식 메모리 인터페이스와 같은 인터페이스에 의해 시스템 버스(1321)에 연결될 수 있다.

사용자는, 키보드(keyboard) 또는 마우스(mouse), 트랙볼(track ball), 터치 패드(touch pad)와 같은 포인팅 장치(pointing device), 및/또는 다른 포인팅 장치와 같은 입력장치(input device)를 통하여 컴퓨터(1310)에 명령과 정보를 입력할 수 있다. 다른 입력장치는, 마이크로폰(microphone), 조이스틱(joystick), 게임패드(game pad), 위성 접시(satellite dish), 스캐너(scanner) 등을 포함할 수 있다. 이들 입력장치 및/또는 다른 입력장치는, 사용자 입력장치(1340)와, 시스템 버스(1321)에 접속된 연합 인터페이스를 통하여 프로세싱 유닛(1320)에 연결될 수 있으나, 병렬 포트(parallel port), 게임 포트(game port) 또는 유니버설 시리얼 버스(universal serial bus: USB)와 같은, 다른 인터페이스 구조와 버스 구조에 의해 연결될 수 있다. 또한 그래픽 서브시스템(graphic subsystem)이 시스템 버스(1321)에 연결될 수 있다. 게다가 모니터(monitor) 또는 다른 형태의 디스플레이 장치(display device)가, 비디오 메모리와 통신할 수 있는 출력장치(1350) 인터페이스와 같은 인터페이스를 통하여 시스템 버스(1321)에 연결될 수 있다. 모니터에 더하여, 또한 컴퓨터는, 출력장치(1350) 인터페이스를 통하여 또한 연결될 수 있는 스피커 및/또는 프린터와 같은 다른 주변 출력장치를 포함할 수 있다.

컴퓨터(1310)는, 장치(1310)와 상이한 미디어 성능을 가질 수 있는 원격 컴퓨터(1370)와 같은 하나 이상의 다른 원격 컴퓨터에 논리적 연결을 사용하여 네트워크 또는 분산 환경에서 운영될 수 있다. 원격 컴퓨터(1370)는, 개인용 컴퓨터(personal computer), 서버, 라우터, 네트워크 PC, 감시 장치(peer device) 또는 다른 일반적인 네트워크 노드, 및/또는 다른 어떠한 원격 미디어 소비 또는 전송 장치이든지가 될 수 있고, 컴퓨터(1310)에 관하여 상기한 구성 요소 중 어느 것이 든지 또는 모두를 포함할 수 있다. 도 13에 나타낸 논리적 연결은, 로컬 에어리어 네트워크(local area network: LAN) 또는 와이드 에어리어 네트워크(wide area network: WAN)와 같은 네트워크(1371)를 포함할 수 있지만, 또한 다른 네트워크/버스를 포함할 수 있다. 이러한 네트워크 환경은, 가정(home), 사무실, 엔터프라이즈 와이드 컴퓨터 네트워크(enterprise-wide computer network), 인트라넷(intranets), 및 인터넷에서 흔한 것이다.

컴퓨터(1310)는, LAN 네트워크 환경에서 사용될 때, 네트워크 인터페이스 또는 어댑터(adapter)를 통하여 LAN(1371)에 연결된다. 컴퓨터(1310)는, WAN 네트워크 환경에서 사용될 때, 모뎀(modem), 또는 인터넷과 같은 WAN을 통하여 통신을 구축하기 위한 다른 수단과 같은 통신 구성 요소를 포함할 수 있다. 내장형 또는 외장형이 될 수 있는, 모뎀과 같은 통신 구성 요소는, 입력장치(1340)의 사용자 입력 인터페이스 및/또는 다른 적절한 메커니즘을 통하여 시스템 버스(1321)에 연결될 수 있다. 네트워크 환경에서, 컴퓨터(1310) 또는 그 일부분에 관하여 설명한 프로그램 모듈을, 원격 메모리 스토리지 장치에 저장할 수 있다. 도시하고 설명한 네트워크 연결이 예시적이고, 컴퓨터 사이에 통신 링크를 구축하는 다른 수단을 사용할 수가 있다는 것을 알아야 한다.

“예시적”용어는, 여기에서, 예(example), 예(instance), 또는 예시(illustration)를 의미하기 위하여 사용된다. 불확실함을 방지하기 위하여, 여기에 개시된 대상은 이러한 예에 의해 한정되지 아니 한다. 게다가 여기에서 “예시적”으로서 설명한 어떠한 특징 또는 설계이든지는, 반드시 다른 특징 또는 설계보 다 더 우수하거나 유익한 것으로 간주되지 않고, 또한 당업자에게 공지된 동등한 예시적인 구조와 기법을 배제하는 것을 의미하지도 않는다. 더욱이 “포함하다(includes)”, “가지다(has)”, “포함하다(contains)”용어와, 다른 유사한 단어를 상세한 설명이나 특허청구범위에 사용한다는 점에서, 불확실함을 방지하기 위하여, 이러한 용어는, 어떠한 추가적인 요소 또는 다른 요소를 배제하지 않는 오픈 트랜지션(open transition) 단어인“포함하는(comprising)”용어와 마찬가지로 포괄적인 것이다.

상기한 시스템을, 여러 개의 구성 요소 사이의 상호작용에 관하여 설명하였다. 이러한 시스템과 구성 요소가, 여러 가지 치환과 조합에 따라, 그러한 구성 요소 또는 특정한 서브 구성 요소, 특정한 구성 요소 또는 서브 구성 요소의 일부, 및/또는 추가적인 구성 요소를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 서브 구성 요소는, 부(父) 구성 요소(parent components) 내에 포함되기(계층적)보다 다른 구성 요소에 통신적으로 접속된 구성 요소로서 구현될 수 있다. 게다가 하나 이상의 구성 요소가, 전체 기능을 제공하는 단일 구성 요소로 통합되거나 수 개의 개별적인 서브 구성 요소로 분할될 수 있고, 관리 계층(management layer)과 같은 하나 이상의 중간 계층(middle layers)이, 통합 기능을 제공하기 위하여 상기 서브 구성 요소에 통신적으로 접속하도록 제공될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 또한 여기에 설명한 어떠한 구성 요소이든지는, 여기에 구체적으로 설명하지 않았지만 당업자에게 공지된 하나 이상의 다른 구성 요소와 상호작용할 수 있다.

상기와 같이 설명한 예시적인 시스템의 관점에서, 설명한 대상에 따라 구현 할 수 있는 방법론은, 여러 도면의 플로우차트를 참조하면 더 잘 이해될 것이다. 설명의 단순함을 위하여, 방법론을 일련의 블록도로서 도시하고 설명하였지만, 몇몇 블록이, 여기에 나타내고 설명한 것과 다른 순서로 및/또는 다른 블록과 동시적으로 존재할 수 있으므로, 청구한 대상이 블록의 순서에 의해 한정되지 않음은 물론이다. 플로우차트를 통하여 비시계열적이거나 분기된 흐름을 도시한 곳에서는, 같거나 유사한 결과를 달성하는, 여러 가지의 다른 분기, 흐름 경로, 블록의 순서를 구현할 수 있다는 것을 알 수 있다. 더욱이 도시한 모든 블록은, 후술하는 방법론을 구현하는데 필요하지 않을 수 있다.

여기에 설명한 여러 가지의 실시예에 더하여, 다른 유사한 실시예를 사용할 수 있거나, 상기 실시예에 대해, 상기 실시예로부터 벗어나지 않고 해당하는 실시예의 같거나 균등한 기능을 수행하기 위한 변경과 부가를 할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 게다가 다중 프로세싱 칩 또는 다중 장치는, 여기에 설명한 하나 이상의 기능의 성능을 공유할 수 있고, 유사하게, 스토리지는 복수개의 장치에 걸쳐 실시될 수 있다. 따라서 단일 실시예를 한정적인 것으로 간주하지 않아야 하고, 여러 가지의 실시예와 그 균등한 실시예를, 첨부된 특허청구범위에 따른 외연, 정신, 및 범위와 일관되게 해석하여야 한다.

Claims

무선통신 네트워크에서 기지국으로부터 사용자 협력을 포함한 목적지 이동 장치에 데이터를 전송하는 방법으로서,

시분할 듀플렉스(TDD) 전송 시스템에서, 하나 이상의 릴레이 장치에 데이터의 일부분 이상을 릴레이 전송하는 것이 목적지 이동 장치로의 데이터 전송을 용이하게 할 것으로 결정하는 단계; 및

상기 시분할 듀플렉스(TDD) 전송 시스템의 정의된 보충 업링크 타임슬롯에서 릴레이 동작을 수행하는 업링크 어시스트 릴레이(UAR), 또는 상기 시분할 듀플렉스(TDD) 전송 시스템의 정의된 보충 다운링크 타임슬롯에서 릴레이 동작을 수행하는 다운링크 어시스트 릴레이(DAR)를 포함한 하나 이상의 릴레이 장치를 통하여 목적지 이동 장치에 데이터의 일부분 이상을 릴레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 시분할 듀플렉스(TDD) 전송 시스템에서 협력하는 이동 장치의 세트에 적용되는 하나 이상의 공평성 기준에 기초하여 상기 시분할 듀플렉스(TDD) 전송 시스템의 다운링크 처리율을 최적화하는 스케줄링 알고리즘에 따라 상기 하나 이상의 릴레이 장치에 데이터의 일부분 이상을 릴레이 전송하는 것을 스케줄링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 스케줄링하는 단계는, 상기 시분할 듀플렉스(TDD) 전송 시스템에서 협력하는 상기 이동 장치의 세트 사이의 지연에 관하여 절대적 공평성을 달성하는 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘에 따라 스케줄링을 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 스케줄링하는 단계는, 무 공평성 제약의 기준을 포함한 하나 이상의 공평성 기준에 기초하여 상기 시분할 듀플렉스(TDD) 전송 시스템의 처리율을 최적화하는 최적 스케줄링 알고리즘에 따라 하나 이상의 릴레이 장치로의 릴레이 전송을 스케줄링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 데이터의 전송을 위한 사용자 협력 통신 프로토콜을 사용한 상기 스케줄링하는 단계와 상기 릴레이하는 단계에 따라 기지국으로부터 목적지 이동 장치로 의 다운링크 처리율을 최적화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서,

상기 최적화하는 단계는, 증폭 및 전송(AF) 프로토콜을 사용한 상기 릴레이하는 단계와 상기 스케줄링하는 단계에 따라 기지국으로부터 목적지 이동 장치로의 다운링크 처리율을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서,

상기 최적화하는 단계는, 복호 및 전송(DF) 프로토콜을 사용한 상기 릴레이하는 단계와 상기 스케줄링하는 단계에 따라 기지국으로부터 목적지 이동 장치로의 다운링크 처리율을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

주어진 목적지 이동 장치와 하나 이상의 릴레이 장치를 위한 전력 할당을 최적화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 기지국에서 전송기를 위한 채널 상태 정보(CSIT)를 산정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
사용자 협력을 가진 무선통신 네트워크의 통신 시스템으로서,

목표 사용자 장치에 데이터를 릴레이하는 릴레이 장치의 세트; 및

상기 릴레이 장치의 세트와 상기 목표 사용자 장치에 데이터를 전송하는 기지국을 포함하며,

상기 기지국과 상기 릴레이 장치의 세트는, 정의된 보충 다운링크 타임슬롯에서 릴레이하는 다운링크 어시스트 릴레이(DAR), 또는 정의된 보충 업링크 타임슬롯에서 릴레이하는 업링크 어시스트 릴레이(UAR)에 따라 릴레이를 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제10항에 있어서,

상기 목표 사용자 장치에 데이터를 릴레이하는 상기 릴레이 장치의 세트는, 증폭 및 전송(AF) 협력 프로토콜 또는 복호 및 전송(DF) 협력 프로토콜 중에서 선택한 사용자 협력 프로토콜에 따라 릴레이하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제11항에 있어서,

상기 사용자 협력 프로토콜은, 증폭 및 전송(AF) 협력 프로토콜인 것을 특징으로 하는 시스템.
제11항에 있어서,

상기 사용자 협력 프로토콜은, 복호 및 전송(DF) 협력 프로토콜인 것을 특징으로 하는 시스템.
제10항에 있어서,

상기 기지국과 상기 릴레이 장치의 세트는, 목표 사용자 장치에 공평성 제약을 부과하지 않고 최대 시스템 처리율을 달성하는 최대 처리율 스케줄링 알고리즘, 또는 목표 사용자 장치 사이의 지연에 관하여 절대적 공평성을 달성하는 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘에 따라 릴레이하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제14항에 있어서,

상기 기지국은, 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘에 따라 릴레이 전송을 스케 줄링하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제14항에 있어서,

상기 기지국은, 최대 처리율 스케줄링 알고리즘에 따라 릴레이 전송을 스케줄링하는 것을 특징으로 하는 시스템.
제10항에 있어서,

상기 기지국은, 주어진 목표 장치와 릴레이 장치의 세트에 대해, 데이터의 전송을 위한 최적의 전력을 할당하는 것을 특징으로 하는 시스템.
무선통신 네트워크에서 기지국으로부터 사용자 협력을 포함한 목적지 이동 장치에 데이터를 전송하는 방법으로서,

시분할 듀플렉스(TDD) 시스템의 정의된 보충 업링크 타임슬롯에서 릴레이 동작을 수행하는 업링크 어시스트 릴레이(UAR), 또는 상기 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템의 정의된 보충 다운링크 타임슬롯에서 릴레이 동작을 수행하는 다운링크 어시스트 릴레이(DAR)를 포함한 상기 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템의 하나 이상의 릴레이 장치를 통하여 목적지 이동 장치에 데이터의 일부분 이상을 릴레이하는 단계; 및

상기 릴레이하는 단계에 따라 상기 기지국으로부터 상기 목적지 이동 장치로의 다운링크 처리율을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템에서 협력하는 이동 장치의 세트에 적용되는 공평성의 균일성에 기초하여 처리율을 최적화하는 스케줄링 알고리즘에 따라 상기 하나 이상의 릴레이 장치로의 릴레이 전송을 스케줄링하는 단계를 더 포함하며,

상기 스케줄링하는 단계는, 데이터의 전송을 위한 사용자 협력 통신 프로토콜을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 스케줄링하는 단계는, 상기 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템에서 협력하는 상기 이동 장치의 세트 사이의 지연에 관하여 절대적 공평성을 달성하는 라운드 로빈 스케줄링 알고리즘에 따라 스케줄링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 스케줄링하는 단계는, 상기 이동 장치의 세트 모두에 대한 무 공평성(no fairness) 제약의 기준을 기초하여 상기 시분할 듀플렉스(TDD) 시스템의 처리율을 최적화하는 최적 스케줄링 알고리즘에 따라 하나 이상의 릴레이 장치로의 릴레이 전송을 스케줄링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 최적화하는 단계는, 증폭 및 전송(AF) 프로토콜을 사용한 상기 릴레이하는 단계와 상기 스케줄링하는 단계에 따라 기지국으로부터 목적지 이동 장치로의 다운링크 처리율을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 최적화하는 단계는, 복호 및 전송(DF) 프로토콜을 사용한 상기 릴레이와 상기 스케줄링에 따라 기지국으로부터 목적지 이동 장치로의 다운링크 처리율을 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

상기 다운링크 처리율을 최적화하는 단계는, 전송기를 위한 채널 상태 정보(CSIT)를 산정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법