KR101100605B1

KR101100605B1 - Method of mutual amplify-and-forward cooperative transmission in siso ofdma based cooperation communication system and thereof system

Info

Publication number: KR101100605B1
Application number: KR1020090098362A
Authority: KR
Inventors: 윤재선; 송형규; 유영환
Original assignee: 세종대학교산학협력단
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2011-12-29
Also published as: KR20110041271A

Abstract

본 발명은, 중계 단말이 소스 단말 및 기지국과 협력 통신을 수행하는 방법에 있어서, 상기 기지국으로부터 상기 소스 단말에 대한 정보를 수신하는 단계, 상기 소스 단말로부터 소스 신호를 수신하는 단계, 상기 소스 신호를 증폭시키는 단계, 그리고 상기 기지국으로부터 할당된 주파수 영역을 통하여 상기 중계 단말이 전송하고자 하는 제1 전송 신호, 제2 전송 신호 및 상기 증폭된 소스 신호를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함하는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법 및 시스템을 제공한다.The present invention relates to a method in which a relay terminal performs cooperative communication with a source terminal and a base station, the method comprising: receiving information on the source terminal from the base station, receiving a source signal from the source terminal, and receiving the source signal. Amplifying and transmitting, to the base station, a first transmission signal, a second transmission signal, and the amplified source signal to be transmitted by the relay terminal through a frequency domain allocated from the base station. Provided are a bidirectional amplification and forward cooperative transmission method and system in a communication system.

개시된 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법 및 시스템에 따르면, 각각의 단말기가 자신의 신호와 협력 전송을 위한 상대방 신호를 모두 전송함에 따라 전송률을 향상시킬 수 있고 단말기 상호 간의 전송전력 및 전송시간의 형평성을 유지할 수 있는 이점이 있다.According to the bi-directional amplification and forward cooperative transmission method and system in the disclosed OFDMA-based cooperative communication system, each terminal transmits its own signal and a counterpart signal for cooperative transmission, thereby improving the data rate and transmitting between the terminals. There is an advantage that can maintain the balance of power and transmission time.

Description

Method and system for bidirectional amplification and forward cooperative transmission in an OPDA-based cooperative communication system

본 발명은 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일안테나를 사용하는 단말기가 인접한 단말기와 서로 협력하여 단일안테나를 사용하는 기지국으로 각각의 단말의 데이터를 전송하는 협력 전송 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a bidirectional amplification and forward cooperative transmission method and system in an OFDMA-based cooperative communication system. More specifically, a terminal using a single antenna is a base station using a single antenna in cooperation with an adjacent terminal. The present invention relates to a cooperative transmission method and system for transmitting data of a terminal.

점차 증가하는 다양한 멀티미디어 전송에 대한 요구를 만족시키기 위하여, 송수신단에 모두 다수 개의 안테나들을 사용하는 다중 안테나 기술은, 추가적인 주파수 할당이나 전력증가 없이도 통신 용량 및 송수신 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다. In order to meet the increasing demand for various multimedia transmissions, a multi-antenna technique using multiple antennas at both the transmitting and receiving ends can dramatically improve communication capacity and transmission / reception performance without additional frequency allocation or power increase.

다중 송수신 안테나가 적용된 시공간 다이버시티 기법은, 간단한 연산으로 전송 다이버시티 효과를 얻을 수 있어 성능개선으로 인한 안정성의 증가는 가능하지만, 현재의 시스템 구조를 그대로 사용하지 못하고 다중 안테나를 사용하여야 하므로, 추가적인 안테나로 인한 공간 문제, 비용 증가, 하드웨어의 복잡성 등의 문 제가 발생한다. 더욱이, 각각의 다중 안테나 간의 충분한 공간이 확보되지 않으면, 시공간 부호의 직교성이 깨지게 되어 원하는 성능을 이끌어 내지 못한다. 따라서, 실제 통신 단말기에 두 개 이상의 안테나를 적용하는 것은 단말의 크기와 비용, 그리고 하드웨어의 복잡성이라는 제약이 따르므로 실질적인 적용이 매우 어렵다.Spatio-temporal diversity scheme with multiple transmit / receive antennas can achieve transmit diversity effect by simple calculation, which can increase stability due to performance improvement, but it is necessary to use multiple antennas without using current system structure. Space issues, increased cost, and hardware complexity are caused by antennas. Moreover, if sufficient space between each of the multiple antennas is not secured, the orthogonality of the space-time code is broken, which does not lead to the desired performance. Therefore, the application of two or more antennas to the actual communication terminal is very difficult to apply practically due to the constraints of the size, cost, and hardware complexity of the terminal.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 송신단 주변의 단말들이 서로 협력하여 가상의 안테나 어레이를 형성함에 따라 다중 송수신 안테나를 사용하는 효과를 갖는 협력 통신이 현재 활발히 연구되며 주목받고 있다. 도 1은 이러한 종래의 일반적인 협력 통신을 도시한 구성도이다. In order to overcome this problem, cooperative communication having the effect of using multiple transmit / receive antennas has been actively studied and attracted attention as terminals around the transmitting end cooperate with each other to form a virtual antenna array. 1 is a block diagram showing such conventional general cooperative communication.

도 1의 (a)를 참조하면, 기본적인 협력 통신은 가상의 안테나 어레이를 사용하기 위하여, 중계단말이 소스단말로부터 신호를 전달받는 과정이 필수적이다. 이에 따라, 시스템 전체의 전송률이 감소하게 된다. 따라서, 이러한 협력 통신은 공간 다이버시티 이득에 따른 비트 오율의 개선에 따라 시스템의 성능 향상을 이루는 반면, 1/2의 전송률을 가지게 되는 단점이 있다. Referring to FIG. 1A, in order to use a virtual antenna array, basic cooperative communication requires a process in which a relay terminal receives a signal from a source terminal. As a result, the transmission rate of the entire system is reduced. Therefore, such cooperative communication has a disadvantage in that the performance of the system is improved by improving the bit error rate according to the spatial diversity gain, but has a transmission rate of 1/2.

또한, 기존의 협력 통신에서 사용되는 복호 후 전달(Decode-and-forward) 중계 방법은, 중계단말이 소스단말의 수신신호를 복호 후에 다시 부호화하여 재전송하기 때문에, 중계채널의 상황에 매우 민감하며, 복호 및 부호화에 따른 시간적 지연이 따르게 된다. 더욱이, 도 1의 (b)를 참조하면, 중계단말은 자신의 신호를 전송하는 것이 아니라 소스단말의 신호를 전송해야 하므로, 자신의 신호를 전송하지 않을 때 통신 자원을 소모하게 되어, 통신 자원 사용의 형평성에 문제가 발생한다.In addition, the decode-and-forward relay method used in the existing cooperative communication is very sensitive to the situation of the relay channel because the relay terminal re-codes and retransmits the received signal of the source terminal after decoding. There is a temporal delay due to decoding and encoding. Furthermore, referring to FIG. 1 (b), since the relay terminal should transmit a signal of the source terminal instead of transmitting its own signal, it consumes communication resources when not transmitting its own signal, thereby using communication resources. There is a problem with equity.

본 발명은, 중계단말이 자신의 신호와 소스단말의 신호를 함께 전송함에 따라 전송률을 향상시킬 수 있고 전송전력 및 전송시간의 형평성을 유지할 수 있는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.The present invention can improve the transmission rate as the relay terminal transmits its signal and the signal of the source terminal together, and bidirectional amplification and cooperative transmission in an OFDMA-based cooperative communication system capable of maintaining the balance of transmission power and transmission time. It is an object to provide a transmission method and system.

본 발명은, 중계 단말이 소스 단말 및 기지국과 협력 통신을 수행하는 방법에 있어서, 상기 기지국으로부터 상기 소스 단말에 대한 정보를 수신하는 단계, 상기 소스 단말로부터 소스 신호를 수신하는 단계, 상기 소스 신호를 증폭시키는 단계, 그리고 상기 기지국으로부터 할당된 주파수 영역을 통하여 상기 중계 단말이 전송하고자 하는 제1 전송 신호, 제2 전송 신호 및 상기 증폭된 소스 신호를 상기 기지국에 전송하는 단계를 포함하는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법을 제공한다.The present invention relates to a method in which a relay terminal performs cooperative communication with a source terminal and a base station, the method comprising: receiving information on the source terminal from the base station, receiving a source signal from the source terminal, and receiving the source signal. Amplifying and transmitting, to the base station, a first transmission signal, a second transmission signal, and the amplified source signal to be transmitted by the relay terminal through a frequency domain allocated from the base station. A bidirectional amplification and forward cooperative transmission method in a communication system is provided.

여기서, 상기 소스 단말에 대한 정보는, 상기 소스 단말에 할당된 부반송파 대역에 대한 정보일 수 있다. 또한, 상기 소스 단말은 주변의 단말기들 중 가장 채널상태가 우수한 단말기를 상기 중계 단말로 선택할 수 있다. Here, the information on the source terminal may be information on the subcarrier band allocated to the source terminal. In addition, the source terminal may select a terminal having the best channel state among the neighboring terminals as the relay terminal.

그리고, 상기 소스 신호를 증폭시키는 단계는, 상기 소스 신호를 수신 전력에 대비한 송신 전력의 비로 증폭할 수 있다.The amplifying the source signal may amplify the source signal by a ratio of transmission power to reception power.

또한, 상기 기지국에 신호를 전송하는 단계는, 제1 전송 시간에 상기 제1 전 송 신호의 변조 신호를 전송하는 단계, 제2 전송 시간에 상기 제2 전송 신호와 상기 증폭된 소스 신호의 변조 신호가 결합된 제1 조합신호를 전송하는 단계, 그리고 제3 전송 시간에 상기 제1 전송 신호의 변조 신호와 상기 증폭된 소스 신호의 변조 신호가 결합된 제2 조합신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.The transmitting of the signal to the base station may include transmitting a modulation signal of the first transmission signal at a first transmission time, and a modulation signal of the second transmission signal and the amplified source signal at a second transmission time. And a first combination signal combined with the second combination signal, and a second combination signal combined with a modulation signal of the first transmission signal and the amplified source signal at a third transmission time. have.

여기서, 상기 제1, 제2 및 제3 전송시간에 순차적으로 전송되는 신호들은 아래의 수학식으로 표현될 수 있다.Here, signals sequentially transmitted at the first, second and third transmission times may be expressed by the following equation.

여기서,

,

는 상기 중계 단말의 첫 번째 및 두 번째 신호이고,

는 상기 증폭된 소스신호이고,

은 수신전력(

)에 대비한 송신전력(

)의 비율인 증폭 이득이며,

는 상기 수신된 소스 신호를 나타낸다.here,

,

Is the first and second signals of the relay terminal,

Is the amplified source signal,

Is the received power (

Transmit power against

Amplification gain

Represents the received source signal.

그리고, 본 발명은, 상기 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.The present invention also provides a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing a bidirectional amplification and forward cooperative transmission method in the OFDMA-based cooperative communication system.

또한, 본 발명은, 중계 단말이 소스 단말 및 기지국과 협력 통신을 수행하는 시스템에 있어서, 상기 소스 단말은, 주변의 단말기들 중 가장 채널상태가 우수한 단말을 상기 중계 단말로 선택하고, 상기 기지국은, 상기 소스 단말에 대한 정보를 상기 중계 단말로 전달하고, 상기 중계 단말은, 상기 소스 단말로부터 소스 신호를 수신하여 증폭시키고, 상기 기지국으로부터 할당된 주파수 영역을 통하여 상기 중계 단말이 전송하고자 하는 제1 전송 신호, 제2 전송 신호 및 상기 증폭된 소스 신호를 상기 기지국에 전송하는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템을 제공한다.In addition, the present invention, the relay terminal in the system for performing cooperative communication with the source terminal and the base station, the source terminal, the terminal having the best channel state among the neighboring terminals as the relay terminal, the base station is And transmitting information about the source terminal to the relay terminal, wherein the relay terminal receives and amplifies a source signal from the source terminal, and transmits the first signal to the relay terminal through a frequency domain allocated from the base station. An OFDMA based cooperative communication system for transmitting a transmission signal, a second transmission signal, and the amplified source signal to the base station is provided.

여기서, 상기 소스 단말에 대한 정보는, 상기 소스 단말에 할당된 부반송파 대역에 대한 정보일 수 있다. 또한, 상기 중계 단말은, 상기 소스 신호를 수신 전력에 대비한 송신 전력의 비로 증폭할 수 있다.Here, the information on the source terminal may be information on the subcarrier band allocated to the source terminal. The relay terminal may amplify the source signal by a ratio of transmission power to reception power.

또한, 상기 중계 단말은, 제1 전송 시간에 상기 제1 전송 신호의 변조 신호를 전송하고, 제2 전송 시간에 상기 제2 전송 신호와 상기 증폭된 소스 신호의 변조 신호가 결합된 제1 조합신호를 전송하고, 제3 전송 시간에 상기 제1 전송 신호의 변조 신호와 상기 증폭된 소스 신호의 변조 신호가 결합된 제2 조합신호를 전송할 수 있다.In addition, the relay terminal transmits a modulation signal of the first transmission signal at a first transmission time, and a first combination signal in which the modulation signal of the amplified source signal and the second transmission signal are combined at a second transmission time. And transmit a second combined signal in which a modulation signal of the first transmission signal and a modulation signal of the amplified source signal are combined at a third transmission time.

본 발명에 따른 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법 및 시스템에 따르면, 각각의 단말기가 자신의 신호와 협력 전송을 위한 상대방 신호를 모두 전송함에 따라 전송률을 향상시킬 수 있고 단말기 상호 간의 전송전력 및 전송시간의 형평성을 유지할 수 있는 이점이 있다.According to the bidirectional amplification and forward cooperative transmission method and system in an OFDMA-based cooperative communication system according to the present invention, each terminal transmits its own signal and a counterpart signal for cooperative transmission, thereby improving the data rate and There is an advantage that can maintain the balance of the transmission power and transmission time between each other.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 증폭 후 전달 방법을 위한 시스템 구성도이다. 2 is a system configuration diagram for amplification and delivery method in an OFDMA-based cooperative communication system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 상기 증폭 후 전달 시스템(100)은 소스단말기(110), 중계단말기(120), 기지국(130)을 포함한다. 상기 소스단말기(110), 중계단말기(120), 기지국(130)은 모두 단일안테나를 갖는다.2, the amplification and delivery system 100 includes a source terminal 110, a relay terminal 120, and a base station 130. The source terminal 110, the relay terminal 120, the base station 130 all have a single antenna.

p 번째 사용자 단말기와 q 번째 사용자 단말기는, 인접한 여러 단말기들 사이에서 가장 좋은 채널환경을 갖는 인접 단말기를 나타내는 것으로서, 서로 상대방을 자신의 신호를 중계할 중계단말기로 선택한다. 또한, 자신의 단말기가 중계단말기로 선택되면 자신의 신호와 상대방의 신호를 부호화하여 기지국에 전송하는데, 상대방의 신호를 증폭하여 기지국에 전송한다. The p- th user terminal and the q- th user terminal represent neighboring terminals having the best channel environment among several adjacent terminals, and select each other as a relay terminal to relay their signals. In addition, when its own terminal is selected as a relay terminal, its own signal and the other party's signal are encoded and transmitted to the base station. The other party's signal is amplified and transmitted to the base station.

도 2는 p 번째 사용자 단말기와 q 번째 사용자 단말기를 각각 소스단말기(110)와 중계단말기(120)인 것을 예시한 것이나 이는 하나의 실시예이고 그 반대의 개념도 성립한다. 이상과 같이, p 번째 사용자 단말기와 q 번째 사용자 단말기는, 서로 소스단말기와 중계단말기의 역할을 모두 수행할 수 있어 양방향 전송의 개념을 갖는다. 상기 기지국(130)은 각각의 사용자 단말기를 통해 수신된 신호들을 복호화를 통해 합산하여 소스신호를 검출한다.2 illustrates that the p- th user terminal and the q- th user terminal are the source terminal 110 and the relay terminal 120, respectively, but this is one embodiment and vice versa. As described above, the p- th user terminal and the q- th user terminal can play a role of both the source terminal and the relay terminal with each other has a concept of bidirectional transmission. The base station 130 detects the source signal by adding the signals received through the respective user terminals through decoding.

도 3은 도 2에 도시된 소스단말기의 상세 구성도이다. 상기 소스단말기(110)는 인접단말 검색부(111), 중계단말 선택부(112), 중계단말 정보전송부(113), 중계단말 동기화부(114), 신호 송출부(115)를 포함한다.FIG. 3 is a detailed configuration diagram of the source terminal shown in FIG. 2. The source terminal 110 includes an adjacent terminal searching unit 111, a relay terminal selecting unit 112, a relay terminal information transmitting unit 113, a relay terminal synchronizing unit 114, and a signal transmitting unit 115.

상기 인접단말 검색부(111)는, 통신 초기에 인접한 주변 단말기들을 검색하는 부분으로서, 상기 소스단말기(110)와 주변 단말기들 사이의 채널상태를 각각 체크한다. The neighbor terminal searching unit 111 searches for neighboring terminals near the beginning of communication, and checks channel states between the source terminal 110 and the neighboring terminals, respectively.

상기 중계단말 선택부(112)는 상기 검색된 주변 단말기들 중 선택된 하나의 주변 단말기를 중계단말기(120)로 선택한다. 예를 들면, 상기 중계단말 선택부(112)는 채널상태가 가장 우수한 채널(ex, 수신 채널의 추정 SNR 값이 가장 높은 채널)을 검출하여, 이 채널을 이용하는 단말기를 상기 중계단말기(120)로 선택한다. 채널 상태가 가장 우수한 채널을 선택하는 방법은 기존에 다양하게 공지되어 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.The relay terminal selector 112 selects the selected one of the searched peripheral terminals as the relay terminal 120. For example, the relay terminal selector 112 detects a channel having the best channel state (eg, a channel having the highest estimated SNR value of a receiving channel) and transfers the terminal using the channel to the relay terminal 120. Choose. Since a method of selecting a channel having the best channel state is variously known in the art, detailed description thereof will be omitted.

상기 중계단말 정보전송부(113)는 상기 선택된 중계단말기(120)에 대한 정보를 상기 기지국(130)으로 전송한다. 상기 중계단말기(120)에 대한 정보란, 상기 중계단말기(120)가 사용하는 채널, 즉 중계단말기(120)에 할당된 부반송파 대역에 관한 정보를 의미한다. The relay terminal information transmitter 113 transmits the information about the selected relay terminal 120 to the base station 130. The information about the relay terminal 120 means information about a channel used by the relay terminal 120, that is, a subcarrier band allocated to the relay terminal 120.

상기 중계단말 동기화부(114)는 상기 중계단말기(120)가 선택되고 중계단말기(120)에 대한 정보가 기지국(130)에 전송되어 협력 전송 준비가 완료된 경우, 상기 중계단말기(120)와 소스단말기(110) 사이의 원활한 통신을 위한 동기화를 수행 하는 부분이다.When the relay terminal 114 is selected and the relay terminal 120 is selected and the information on the relay terminal 120 is transmitted to the base station 130 and ready for cooperative transmission, the relay terminal 120 and the source terminal This is a part for performing synchronization for smooth communication between 110.

상기 신호 송출부(115)는, 소스단말기(110)와 중계단말기(120) 사이의 동기화가 완료되어 통신 가능한 상태가 확보된 경우, 상기 소스단말기(110)의 소스신호를 송출하는 역할을 한다. 이러한 신호 송출부(115)는 등방성 안테나로 구성되어 있어, 모든 방향에 대해 동일한 전력으로 신호를 전송하게 된다.The signal transmitter 115 transmits the source signal of the source terminal 110 when the synchronization between the source terminal 110 and the relay terminal 120 is completed and a communication state is secured. The signal transmitter 115 is composed of an isotropic antenna, and transmits signals with the same power in all directions.

도 4는 도 2에 도시된 중계단말기의 상세 구성도이다. 상기 중계단말기(120)는 중계명령 수신부(121), 소스단말 동기화부(122), 소스신호 수신부(123), 소스신호 증폭부(124), 소스신호 중계부(125)를 포함한다.4 is a detailed configuration diagram of the relay terminal shown in FIG. The relay terminal 120 includes a relay command receiver 121, a source terminal synchronizer 122, a source signal receiver 123, a source signal amplifier 124, and a source signal relay 125.

상기 중계명령 수신부(121)는, 상기 기지국(130)으로부터 중계 명령을 수신하는 역할을 한다. 상기 중계 명령이란, 상기 소스단말기(110) 측으로부터 소스단말기(110)에 대한 정보 및 상기 소스단말기(110)의 소스신호를 수신하여 기지국(130)으로 중계하라는 명령을 의미한다. 상기 소스단말기(110)에 관한 정보란, 상기 소스단말기(110)가 사용하는 채널, 즉 소스단말기(110)에 할당된 부반송파 대역에 관한 정보를 의미한다.The relay command receiver 121 serves to receive a relay command from the base station 130. The relay command refers to a command to receive information about the source terminal 110 and the source signal of the source terminal 110 from the source terminal 110 side to relay to the base station 130. The information about the source terminal 110 means information about a channel used by the source terminal 110, that is, a subcarrier band allocated to the source terminal 110.

상기 소스단말 동기화부(122)는, 소스단말기(110) 내의 중계단말 동기화부(114)와 함께 동작하는 것으로서, 소스단말기(110)과 중계단말기(120)의 동기화를 통해 신호의 중계 역할이 가능하도록 한다.The source terminal synchronizing unit 122, which operates together with the relay terminal synchronizing unit 114 in the source terminal 110, is capable of acting as a signal relay through the synchronization of the source terminal 110 and the relay terminal 120. Do it.

상기 소스신호 수신부(123)는 소스단말기(110)에서 전송된 소스신호를 수신하는 역할을 한다. 상기 소스신호 증폭부(124)는 상기 소스신호 수신부(123)에 수신된 소스신호를 송수신 전력에 비례하여 증폭하는 역할을 수행한다.The source signal receiver 123 serves to receive a source signal transmitted from the source terminal 110. The source signal amplifier 124 amplifies the source signal received by the source signal receiver 123 in proportion to the transmission / reception power.

상기 소스신호 중계부(125)는 상기 소스신호 증폭부(124)에서 증폭된 신호를 상기 기지국(130)으로 전송하는 역할을 수행한다. 이러한 소스신호 중계부(125)는 상기 소스단말기(110) 측의 신호 송출부(115)와 마찬가지로 등방성 안테나로 구성되어 모든 방향에 대해 동일한 전력으로 신호를 전송한다.The source signal relay 125 transmits the signal amplified by the source signal amplifier 124 to the base station 130. The source signal relay 125 is composed of an isotropic antenna similar to the signal transmitter 115 of the source terminal 110 to transmit signals with the same power in all directions.

도 5는 도 2에 도시된 기지국의 상세 구성도이다. 상기 기지국(130)은 중계단말 정보수신부(131), 중계명령 전송부(132), 소스 및 중계신호 수신부(133), 소스 및 중계신호 검출부(134), 중첩신호 합산 및 복호부(135)를 포함한다.FIG. 5 is a detailed configuration diagram of the base station shown in FIG. 2. The base station 130 includes a relay terminal information receiver 131, a relay command transmitter 132, a source and relay signal receiver 133, a source and relay signal detector 134, an overlapping signal summing and decoder 135. Include.

상기 중계단말 정보수신부(131)는 상기 소스단말기(110) 내의 중계단말 정보전송부(113)에서 전송된 중계단말기(120)에 대한 정보를 수신하는 부분으로서, 소스단말기(110)에서 선택된 중계단말기(120)의 정보를 수신하는 역할을 한다.The relay terminal information receiver 131 is a part for receiving information on the relay terminal 120 transmitted from the relay terminal information transmitter 113 in the source terminal 110, and the relay terminal selected by the source terminal 110. It serves to receive the information of 120.

상기 중계명령 전송부(132)는 상기 중계단말 정보수신부(131)를 통해 수신된 중계단말기(120)에 대한 정보에 따라, 상기 소스단말기(110)가 선택한 중계단말기(120) 측으로 상기 소스단말기(110)에 대한 정보를 전송하여, 상기 중계단말기(120)가 중계를 수행하도록 명령하는 역할을 한다. 이러한 중계명령 전송부(132)를 통해, 상기 중계단말기(120)는 상기 소스단말기(110)에 대한 정보를 수신하고 소스신호의 중계역할을 수행하게 된다.The relay command transmission unit 132 is the terminal terminal (120) selected by the source terminal 110 according to the information on the relay terminal 120 received through the relay terminal information receiver 131, the source terminal ( By transmitting information about the 110, the relay terminal 120 serves to command to perform the relay. Through the relay command transmitter 132, the relay terminal 120 receives the information on the source terminal 110 and performs a relay role of the source signal.

상기 소스 및 중계신호 수신부(133)는 소스단말기(110)를 통해 전송된 소스신호와 상기 중계단말기(120)를 통해 중계된 신호를 수신하는 역할을 수행한다. The source and relay signal receiver 133 serves to receive a source signal transmitted through the source terminal 110 and a signal relayed through the relay terminal 120.

상기 소스 및 중계신호 검출부(134)는 소스단말기(110)을 통해 전송된 소스신호와 상기 중계단말기(120)을 통해 중계된 소스신호로부터, 각각 사용자들의 부 채널을 선택하고, FFT(Fast Fourier Transform;고속 푸리에 변환) 등을 통해 OFDMA 신호를 주파수축 데이터 신호로 변환하는 역할을 수행한다.The source and relay signal detection unit 134 selects sub-channels of users from the source signal transmitted through the source terminal 110 and the source signal relayed through the relay terminal 120, respectively, and uses a fast fourier transform. Fast Fourier Transform) to convert an OFDMA signal into a frequency axis data signal.

상기 중첩신호 합산 및 복호부(135)는, 상기 검출된 소스단말기(110)와 중계단말기(120)의 부호화된 데이터 신호들을 보다 효과적으로 복호화하기 위하여, 각각의 수신신호들을 보다 높은 수신 전력을 갖는 신호로 최종 합산하는 역할을 수행한다. 이러한 합산을 통한 효과적인 중첩신호 분리를 통해, 상기 기지국(130)은 동일한 신호를 두 번 수신하는 효과를 극대화할 수 있으며, 이를 통해 수신오류율을 현저하게 낮출 수 있다.The superimposed signal summing and decoding unit 135 is a signal having a higher reception power to each received signal in order to more effectively decode the encoded data signals of the detected source terminal 110 and the relay terminal 120. To the final summing up. Through the effective overlapping signal separation through the summation, the base station 130 can maximize the effect of receiving the same signal twice, thereby significantly reducing the reception error rate.

이하에서는 상기 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법에 관하여 보다 구체적으로 알아본다. 상기 협력 전송 방법에 사용되는 통신환경은 OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access)를 기반으로 하는 무선 통신 시스템이라 가정한다. 현 상태는 상술한 바와 같이 상기 소스단말기(110)가 그와 인접한 주변의 단말기들 중 가장 좋은 채널을 가진 단말기를 중계단말기(120)로 선택하여 기지국(130)에 통보하고 모든 동기화를 마친 상태인 것으로 가정한다.Hereinafter, the bidirectional amplification and delivery cooperative transmission method will be described in more detail. The communication environment used for the cooperative transmission method is assumed to be a wireless communication system based on Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA). As described above, the source terminal 110 selects the terminal having the best channel among the neighboring terminals adjacent to it as the relay terminal 120 to notify the base station 130 and finishes all synchronization. Assume that

개의 부반송파와

명의 사용자를 갖는 OFDMA 시스템을 고려한다면, 각 사용자 단말기에게 할당된 부반송파의 개수(

)는 아래의 수학식 1로 정의된다.

Subcarriers

Considering an OFDMA system with two users, the number of subcarriers allocated to each user terminal (

) Is defined by Equation 1 below.

도 6은 상기 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법에 사용되는 OFDMA 시스템 의 신호구성을 도시한 블럭도이다. (ex, 만약, 70개의 부반송파와 7명의 사용자를 갖는 시스템인 경우, 부반송파의 개수는 10개로 계산된다.)6 is a block diagram showing a signal configuration of an OFDMA system used in the bidirectional amplification and cooperative transmission method. (For example, if a system has 70 subcarriers and 7 users, the number of subcarriers is calculated as 10.)

OFDMA신호에서 p 번째 사용자가 할당받은 부채널은 다음의 수학식 2를 참조한다.Refer to Equation 2 below for the subchannel allocated to the p- th user in the OFDMA signal.

주파수 영역에서 p 번째 사용자 단말기의 신호(데이터 심벌

)는 수학식 3으로 매핑된다.Signal of the p th user terminal in the frequency domain (data symbol

) Is mapped to equation (3).

상기의 신호가 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform)를 통해 OFDMA심볼로 변조되며, 이는 수학식 3을 참조한다.The signal is modulated into an OFDMA symbol through an inverse fast fourier transform (IFFT), which is referred to in Equation 3.

p 번째 사용자 단말기가 소스단말기(110)인 경우, 이러한 수학식 4의 신호를 무선 채널을 통해 중계단말기(120) 혹은 기지국(130)으로 전송한다. 물론, 상기 p 번째 사용자 단말기가 중계단말기(120)인 경우에도 상대방 측의 소스단말기(110)를 자신의 중계단말기로 이용할 수 있으므로 그 반대의 경우도 동일한 원리로 성립된다. 이는 앞서 설명한 바 대로, 각 단말기(110,120)가 서로 상대방을 중계단말기로 선택하여 자신의 신호와 상대방의 신호를 중계할 수 있는 양방향의 통신 개념과 상통한다. When the p- th user terminal is the source terminal 110, the signal of Equation 4 is transmitted to the relay terminal 120 or the base station 130 through the wireless channel. Of course, even when the p- th user terminal is the relay terminal 120, the source terminal 110 on the other side can be used as its own relay terminal, and vice versa. As described above, each terminal (110, 120) is in communication with the bi-directional communication concept that can select each other as a relay terminal to relay its own signal and the other party's signal.

상기 수학식 4의 전송된 신호는 상기 무선 채널을 통해 수학식 5와 같이 중계단말기(120) 혹은 기지국(130)으로 수신된다.The transmitted signal of Equation 4 is received by the relay terminal 120 or the base station 130 through Equation 5 through the wireless channel.

여기서

는 다중경로 채널의 주파수 응답이며,

는 평균은 0이고 분산은

를 가지는 AWGN(additive white Gaussian noise)을 나타낸다.here

Is the frequency response of the multipath channel,

Is 0 and the variance is

AWGN has additive white Gaussian noise.

각 사용자들 사이의 채널의 변화는 서로 독립적이라는 것을 가정해 보자.Suppose that changes in channels between users are independent of each other.

본 발명의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법은, 단일안테나를 사용하는 소스단말기(110)와 중계단말기(120)가 서로 가상의 안테나 어레이를 구성하여, 단일안테나를 가지는 기지국(130)에 증폭 후 전달하는 협력 전송을 수행한다. 따라서, 상기의 송수신 수학식들은 STBC(Space-Time Block Code)를 사용하고 가상으로 2개의 안테나를 갖는 시스템의 신호로 확장될 수 있다.In the bidirectional amplification and cooperative transmission method of the present invention, the source terminal 110 and the relay terminal 120 using a single antenna form a virtual antenna array with each other, and then amplify and transfer the same to a base station 130 having a single antenna. Performs cooperative transmission. Therefore, the above-described transmission and reception equations may be extended to signals of a system using a space-time block code (STBC) and virtually having two antennas.

앞서 언급한 바와 같이, p 번째 사용자 단말기과 q 번째 사용자 단말기는 서로 상대방을 위해 양방향으로 협력 전송을 하지만, 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 있어 각각의 사용자는 그 방법이 상호 동일하므로, 이하에서는 p 번째 사용자를 기준으로 설명한다. 즉, 상기 p 번째 사용자 단말기를 소스단말기(110)로, q 번째 사용자 단말기를 중계단말기(120)로 기술하도록 하고, 이에 따라 중계과정에서는 q 번째 사용자 단말을 기준으로, 복호화 과정에서는 p 번째 사용자 단말을 기준으로 기술하도록 한다. (물론, q 번째 사용자 단말기를 기준으로 한다면, q 번째 사용자 단말기는 소스단말기, p 번째 사용자 단말기는 중계단말기라 볼 수 있다.)As mentioned previously, the cooperation transferred in both directions p-th user danmalgigwa q-th user terminal with each other to the other party, but the transmission after a two-way amplifier cooperative transmission's each user, so the method is mutually the same, hereinafter, the p-th user Explain by reference. That is, the p th user terminal is described as the source terminal 110 and the q th user terminal as the relay terminal 120. Accordingly, the p th user terminal is referred to in the relay process based on the q th user terminal and the p th user terminal in the decoding process. The description should be based on. (Of course, if the q- th user terminal is a reference, the q- th user terminal may be referred to as a source terminal and the p- th user terminal may be referred to as a relay terminal.)

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법의 흐름도이다. 우선, 앞서 상술한 원리를 바탕으로, 상기 소스단말기(110) 주변의 다른 단말기들 중 가장 채널상태가 우수한 자신의 단말기가 중계단말기(120)로 선택된다(S110). 물론, 이러한 과정에서 상기 중계단말기(120)는 상기 기지국(110)으로부터 상기 소스단말기(110)에 관한 정보를 수신한다. 상기 소스단말기(110)에 대한 정보는 소스 단말에 할당된 부반송파 대역에 관한 정보임을 설명한 바 있다.7 is a flowchart illustrating a bidirectional amplification and forward cooperative transmission method in an OFDMA based cooperative communication system according to an embodiment of the present invention. First, based on the principle described above, the terminal having the best channel state among the other terminals around the source terminal 110 is selected as the relay terminal 120 (S110). Of course, in this process, the relay terminal 120 receives information about the source terminal 110 from the base station 110. The information on the source terminal 110 has been described as information on the subcarrier band allocated to the source terminal.

이렇게 각각의 단말기가 서로 상대방의 단말기를 '양방향 증폭 후 전달 협력 전송을 위한 상호 중계단말기(120)'로 선택한 이후, 양방향 증폭 후 전달 협력 전송이 수행된다. Thus, after each terminal selects each other's terminal as the 'reciprocal relay terminal 120 for bidirectional amplification and cooperative transmission', the bidirectional amplification and cooperative transmission is performed.

먼저, 상기 소스단말기(110)(p 번째 사용자 단말)가 전송하게 되는 신호는 다음 수학식 6과 같다.First, the signal transmitted by the source terminal 110 ( p- th user terminal) is as shown in Equation 6 below.

상기 수학식 6에서는 소스단말기(110)의 전송신호에 중점을 두어 설명을 하고 양방향 증폭 후 전달 협력 전송을 위한 중계단말기(120)의 부채널에 삽입되는 증폭된 중계신호는 상기 중계단말기(120)의 관점에서 설명하겠다. Equation (6) focuses on the transmission signal of the source terminal 110, and the amplified relay signal inserted into the subchannel of the relay terminal 120 for cooperative transmission after bidirectional amplification is the relay terminal 120. I will explain in terms of.

따라서, 소스단말기(110)의 부채널에 삽입되어 전송되는 신호는 첫 번째 전송시간인 제1 전송시간(Phase1)에 상기 OFDM 변조된 자신의 첫 번째 신호(

)를 컨쥬게이트하여 전송한다.Therefore, the signal inserted and transmitted to the subchannel of the source terminal 110 transmits its first signal modulated by the OFDM at the first transmission time Phase1, which is the first transmission time.

) To transmit.

그리고, 두 번째 전송시간인 제2 전송시간(Phase2)에 상기 OFDM 변조된 자신의 두 번째 신호(

)를 전송한다.And, the second signal of its OFDM modulated at the second transmission time (Phase2) of the second transmission time (

).

다음, 세 번째 전송시간인 제3 전송시간(Phase3)에 상기 OFDM 변조된 자신의 첫 번째 신호(

)를 컨쥬게이트하여 반복 전송한다.Next, the first modulated signal of the OFDM modulated at the third transmission time Phase3,

) And repeat transmission.

상기 수학식 6과 같이 상기 소스단말기(110)(p 번째 사용자 단말)가 신호를 전송하는 동안 같은 시간에 상기 중계단말기(120)(q 번째 사용자 단말)도 양방향 증폭 후 전달 협력 전송을 위해 상기 소스단말기(110)과 유사한 신호를 전송하게 된다.As shown in Equation 6, while the source terminal 110 (the p- th user terminal) transmits a signal, the relay terminal 120 (the q- th user terminal) at the same time also transmits the source for bidirectional amplification and cooperative transmission. A signal similar to the terminal 110 is transmitted.

즉, 신호의 증폭 후 전달을 통한 중계 과정을 상세하게 설명하기 위해 상기 중계단말기(120)를 기준으로 중계 과정을 살펴본다면, 상기 중계단말기(120)는 상기 소스단말기(110)로부터 소스신호를 수신하고 이를 증폭한다(S120). 상기 소스단말기(110)에서 전송하는 소스신호의 형태는 수학식 3의 경우를 참조하며, 중계단말기(120)가 수신한 소스신호의 형태는 수학식 4의 경우를 참조한다. That is, in order to describe the relay process through the amplification and transmission of the signal in detail, the relay process based on the relay terminal 120 will be described. The relay terminal 120 receives a source signal from the source terminal 110. And amplify it (S120). The shape of the source signal transmitted from the source terminal 110 refers to the case of Equation 3, and the shape of the source signal received by the relay terminal 120 refers to the case of Equation 4.

또한, 상기 중계단말기(120)는 상기 소스신호를 수신전력에 대비한 송신전력의 비로 증폭한다. 여기서, 증폭된 소스신호의 형태는 후술하기로 한다.In addition, the relay terminal 120 amplifies the source signal by the ratio of the transmission power to the reception power. The form of the amplified source signal will be described later.

이후, 상기 중계단말기(120)는 상기 기지국(110)으로부터 할당된 주파수 영역을 통하여 상기 중계단말기(120)가 전송하고자 하는 자신의 첫 번째 신호, 자신의 두 번째 신호, 그리고 상기 증폭된 소스 신호를 상기 기지국(110)에 전송한다(S130). Thereafter, the relay terminal 120 transmits its first signal, its second signal, and the amplified source signal that the relay terminal 120 intends to transmit through the frequency domain allocated from the base station 110. It transmits to the base station 110 (S130).

보다 상세하게는, 상기 중계단말기(120)는 자신의 첫 번째 신호, 상기 자신의 두 번째 신호와 상기 증폭된 소스신호의 조합인 제1 조합신호, 그리고 자신의 첫 번째 신호와 상기 증폭된 소스신호의 조합인 제2 조합신호의 순으로 기지국(130)에 신호를 전송하여 상기 소스신호를 중계한다(S130). In more detail, the relay terminal 120 has its first signal, its first signal which is a combination of its second signal and the amplified source signal, and its first signal and the amplified source signal. In step S130, the source signal is relayed by transmitting signals to the base station 130 in the order of the second combination signal, which is a combination thereof.

이러한 중계단말기(120)는 각각의 신호들을 총 3번의 전송시간(Phase1;제1 전송시간, Phase2;제2 전송시간, Phase3;제3 전송시간) 동안 순차적으로 전송한다. 상기 중계단말기(120)가 각각의 전송시간에 순차적으로 전송하는 신호들은 아래의 수학식 7로 보다 상세히 표현할 수 있다.The relay terminal 120 transmits each signal sequentially for a total of three transmission times (Phase1; first transmission time, phase2; second transmission time, phase3; third transmission time). Signals sequentially transmitted by the relay terminal 120 at each transmission time may be represented by Equation 7 below.

여기서,

,

는, 상기 중계단말기(120)가 자신의 부채널에 삽입하는 자신의 첫 번째 및 두 번째 신호를 나타낸다. 또한,

는 상기 증폭된 소스신호를 의미하는 것으로서, 상기 중계단말기(120)가 양방향 증폭 후 전달 협력 전송을 수행하기 위해 소스단말기(110)에 할당된 부채널에 삽입되는 소스단말기(110)의 증폭된 신호, 즉 증폭된 소스신호를 의미한다.here,

,

Denotes its first and second signals that the relay terminal 120 inserts into its subchannels. Also,

Denotes the amplified source signal, and the amplified signal of the source terminal 110 is inserted into a subchannel allocated to the source terminal 110 to perform the cooperative transmission after the relay terminal 120 is bidirectionally amplified. That is, it means the amplified source signal.

이러한 수학식 7을 참조하면, 상기 중계단말기(120)는 첫 번째 전송시간인 제1 전송시간(Phase1)에 상기 OFDM 변조된 자신의 첫 번째 신호(

)를 컨쥬게이트하여 전송한다.Referring to Equation 7, the relay terminal 120 has its first signal modulated by the OFDM at the first transmission time Phase1, which is the first transmission time.

) To transmit.

)와 상기 중계단말기(120)에서 이전 전송시간에 수신된 소스신호의 증폭된 신호 즉, 증폭된 소스신호(

)가 서로 결합된 상기 제1 조합신호를 전송한다. 여기서, 상기 증폭된 소스신호(

)에는 시간 축에서 컨쥬게이트가 취하여 진다.And, the second signal of its OFDM modulated at the second transmission time (Phase2) of the second transmission time (

) And an amplified signal of the source signal received at the previous transmission time at the relay terminal 120, that is, the amplified source signal (

) Transmits the first combined signal coupled to each other. Here, the amplified source signal (

Is taken on the time axis.

)가 서로 결합된 상기 제2 조합신호를 전송한다. 여기서, 상기 첫번째 신호(

)와 상기 증폭된 소스신호(

)에는 시간 축에서 각각 컨쥬게이트가 취하여 진다.Next, the first modulated signal of the OFDM modulated at the third transmission time Phase3,

) Transmits the second combined signal coupled to each other. Here, the first signal (

) And the amplified source signal (

Are taken on the time axis respectively.

여기서, 상기 중계단말기(120)에서 이전 전송시간에 수신된 소스신호의 증폭된 신호, 즉 상기 증폭된 소스신호(

)는 수학식 8로 표현된다.Here, the amplified signal of the source signal received at the previous transmission time in the relay terminal 120, that is, the amplified source signal (

Is represented by Equation 8.

수학식 8에서

은 수신전력(

)에 대비한 송신전력(

)의 비율인 증폭 이득을 나타낸다.In equation (8)

Is the received power (

Transmit power against

Amplification gain.

또한,

는 소스단말기(110)와 중계단말기(120) 사이의 채널(

)를 통과하여 상기 소스단말기(110)로부터 수신된 소스신호를 나타낸다. 이러한

는 다음의 수학식 9로 표현된다Also,

The channel between the source terminal 110 and the relay terminal 120 (

Represents a source signal received from the source terminal 110 through the (). Such

Is expressed by the following equation (9)

앞서 언급한 바와 같이, p 번째 단말을 소스단말기(110)로 q 번째 단말을 중계단말기(120)로 기술할 경우, q 번째 사용자 단말기인 상기 중계단말기(120)는 상기 수학식 9과 같이 p 번째 사용자 단말기인 상기 소스단말기(110)의 소스신호(

)를 수신하고 수학식 8과 같이 증폭하여 자기 자신의 신호뿐만 아니라, 협력 전송 파트너인 소스단말기(110)의 소스신호를 기지국(130)으로 함께 전송할 수 있다.As mentioned above, when the p th terminal is described as the source terminal 110 and the q th terminal as the relay terminal 120, the relay terminal 120 as the q th user terminal is represented by the p th as in Equation 9 above. Source signal of the source terminal 110 that is a user terminal (

) And amplify as shown in Equation (8) to transmit not only its own signal, but also the source signal of the cooperative transmission partner source terminal 110 to the base station 130 together.

여기서, 상기 수학식 7과 같이 신호를 전송할 때에는 시공간 다이버시티 기 법과 마찬가지로, 전체 전송 전력은 1이 되어야 한다. 즉, 각 단말기(110,120)는 협력 전송 방법을 사용할 경우와 그렇지 않을 경우에 소모하는 전력이 동일하여야 한다. 상기 소스단말기(110)와 중계단말기(120)가 서로 자신의 신호가 아닌 상대방의 신호를 송수신하고 있으므로, 각각의 심벌 신호는 전송 전력을

로 낮춰서 전송하게 된다.Here, when transmitting a signal as shown in Equation 7, the total transmit power should be 1, as in the space-time diversity technique. That is, each terminal 110 and 120 should have the same power consumption when using the cooperative transmission method and when not. Since the source terminal 110 and the relay terminal 120 transmits and receives signals of the other party, not their own signals, each symbol signal is a transmission power.

Will be sent down.

이상과 같이 상술한 수학식 6과 수학식 7의 내용은 아래의 수학식 10으로 요약할 수 있다.As described above, the contents of Equations 6 and 7 described above may be summarized by Equation 10 below.

여기서,

과

는 각각의 사용자 단말(p, q)에서 각 단말에게 할당된 부채널에 삽입되는 자신의 첫 번째 및 두 번째 소스 신호이고,

는 양방향 증폭 후 전달 협력 전송을 수행하기 위해 상호 협력하는 각 사용자 단 말(y = {p, q})의 부채널에 삽입되는 협력 단말의 증폭된 중계신호이다. 또한,

은 수신전력(

)에 대비한 송신전력(

)의 비율인 증폭 이득이며,

는 양방향 증폭 후 전달 협력 전송을 수행하는 각각의 단말에서 수신된 상대방 협력 단말의 소스 신호를 나타낸다.here,

and

Is its first and second source signals inserted into the subchannels assigned to each terminal in each user terminal ( p , q ),

Is an amplified relay signal of a cooperative terminal inserted into a subchannel of each user terminal ( y = { p , q }) which cooperates to perform cooperative transmission after bidirectional amplification. Also,

Is the received power (

Transmit power against

Amplification gain

Denotes a source signal of a counterpart cooperative terminal received at each terminal performing forward cooperative transmission after bidirectional amplification.

도 8은 상기 방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법의 신호전송 과정을 나타내는 구성도이다. 상기 소스단말기(110)는 소스신호를 기지국(130)과 중계단말기(120)로 전송한다. 여기서, 상기 중계단말기(120)로 수신된 소스신호는 크기가 증폭되어 기지국(130)으로 전송됨을 알 수 있다. 즉, 소스단말기(110)는 상기 소스신호를 기지국(130)으로 전송하고, 상기 중계단말기(120)는 상기 수신된 소스신호를 증폭하여 자신의 신호와 함께 부호화하여 기지국(130)으로 재전송하게 된다. 이에 따라, 상기 기지국(130)에는 각각 양방향 협력 전송을 하는 사용자의 심벌신호가 함께 중첩되어 전송된다. 8 is a block diagram illustrating a signal transmission process of the cooperative transmission method after the direction amplification. The source terminal 110 transmits the source signal to the base station 130 and the relay terminal 120. Here, it can be seen that the source signal received by the relay terminal 120 is amplified and transmitted to the base station 130. That is, the source terminal 110 transmits the source signal to the base station 130, and the relay terminal 120 amplifies the received source signal, encodes it with its own signal, and retransmits it to the base station 130. . Accordingly, the base station 130 is superimposed and transmitted with the symbol signal of the user performing bidirectional cooperative transmission, respectively.

도 9는 상기 방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법의 신호전송을 나타내는 도표이다. 즉, p 번째 사용자 단말기와 q 번째 사용자 단말기는 상호 협력하여 자기 자신의 신호는 물론 상대방 협력 단말의 신호를 동시에 전송하는 과정을 수행하며, 주파수 축에서 각각의 전송시간(Phase1~3) 동안 전송되는 결합 신호는 수학식 7을 기반으로 상호 비례적으로 도시되어 있다. 3개의 전송시간(ex, Phase1~3) 동안 2개의 신호(ex, X(1)과 X(2))를 전송하므로 2/3의 전송률을 나타낸다.9 is a diagram illustrating a signal transmission of the cooperative transmission method after the direction amplification. That is, the p- th user terminal and the q- th user terminal cooperate with each other to simultaneously transmit a signal of the cooperative terminal as well as its own signal, and are transmitted for each transmission time (Phase1 to 3) on the frequency axis. The combined signal is shown to be proportional to each other based on equation (7). Since two signals (ex, X (1) and X (2)) are transmitted during three transmission times (ex, Phase 1 to 3), the transmission rate is 2/3.

도 10은 상기 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법에서, 상기 p 번째 및 q 번째 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 단말이 기지국으로 도 9와 같이 전송한 중첩신호들을 주파수 축에서 나타낸 것, 즉 OFDM 복조(FFT) 후의 수학식을 도표로 나타내고 있다. 상기 기지국(130)에서는 브로드캐스트된 첫 번째 전송시간(Phase1)을 제외한다면, 각각의 p 번째 및 q 번째 사용자 단말에 의해, 두 번째 전송시간(Phase2)과 세 번째 전송시간(Phase3)에 걸쳐 수신된 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 신호는 각각의 해당 사용자 부채널에서 시공간 다이버시티 기법과 마찬가지로, 신호를 두 번 수신하게 되어 다이버시티 효과를 얻게 된다.FIG. 10 illustrates superimposed signals transmitted from the p- th and q- th bidirectional amplified cooperative transmission terminals to the base station as shown in FIG. 9 in the bidirectional amplification and cooperative transmission method, that is, OFDM demodulation (FFT). The following equation is shown in the diagram. If the base station 130 excludes the broadcasted first transmission time (Phase1), received by the p- th and q- th user terminal over the second transmission time (Phase2) and the third transmission time (Phase3) The bidirectional amplified and forwarded cooperative transmission signal receives the signal twice in each corresponding user subchannel, similarly to the space-time diversity technique, thereby obtaining a diversity effect.

상기 기지국에서 수신된 신호는 시공간 다이버시티 기법과 마찬가지로 복호화과정을 거쳐 다이버시티 이득을 얻게 된다. 앞서 언급한 바와 같이, 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법에서는 상호 협력을 통해 협력 사용자 단말로 선택된 두 사용자(p, q) 모두 다이버시티 이득을 얻게 된다. 이때, 두 사용자의 복호화 과정이 동일하기 때문에 상기 소스단말기(110)인 p 번째 사용자 단말을 기준으로 복호화 과정을 설명한다. 도 10을 참조로 하여, p 번째 사용자 단말에 해당하는 주파수 축 신호는 다음 수학식과 같이 추출된다.The signal received at the base station obtains a diversity gain through a decoding process similarly to the space-time diversity technique. As mentioned above, in the bidirectional amplification and forward cooperative transmission method, two users ( p , q ) selected as cooperative user terminals through mutual cooperation obtain a diversity gain. In this case, since the decoding process of the two users is the same, the decoding process will be described based on the p- th user terminal which is the source terminal 110. Referring to FIG. 10, the frequency axis signal corresponding to the p th user terminal is extracted as in the following equation.

상기 소스단말기(110)에 해당하는 중첩신호를 나타내는 수학식 11은 시공간 다이버시티와 유사하게, 두 번째 전송시간(Phase2)과 세 번째 전송시간(Phase3)에 수신된 신호(

과

)를 서로 합 또는 차 연산하여, 1-탭 이퀄라이저를 통과함으로써 효과적으로 간단하게 검출할 수 있으며, 각각의 검출된 심벌 신호는 수학식 12를 참조한다.Equation 11 representing an overlapping signal corresponding to the source terminal 110 is similar to space-time diversity, and the signal received at the second transmission time Phase2 and the third transmission time Phase3

and

) Can be effectively detected simply by summing or difference each other and passing through a 1-tap equalizer, with each detected symbol signal being referred to in equation (12).

p 번째 사용자 단말기 즉, 상기 소스단말기(110)에서 전송한 자신의 첫 번째 신호(

)는, 상기 수학식 11의 두 번째 수신신호(

)에

와

을 곱한 값과, 세 번째 수신신호(

)에 컨쥬게이트를 취하여

를 곱한 값의 합을 이용하여 검출한다. 여기서,

는 각각 소스단말기와 기지국, 중계단말기와 기지국, 소스단말기와 중계단말기간의 채널 계수로써, 상기 소스단말기(110)(p 번째 사용자 단말)의 해당 부채널에 속하는 채널 계수이다. p- th user terminal, that is, its first signal transmitted from the source terminal 110 (

Is the second received signal of Equation 11

)on

Wow

Multiplied by, and the third received signal (

Take the conjugate

Detect using the sum of the product times. here,

Are channel coefficients of the source terminal, the base station, the relay terminal, the base station, the source terminal, and the relay terminal period, respectively, and are channel coefficients belonging to the corresponding subchannel of the source terminal 110 (the p- th user terminal).

또한, 상기 소스단말기(110)에서 전송한 자신의 두 번째 신호(

)는, 상기 수학식 11의 두 번째 수신신호(

)에

을 곱한 값과, 세 번째 수신신호(

)를 컨쥬게이트하여

와

를 곱한 값의 차를 이용하여 검출한다. In addition, the second signal of its own transmitted from the source terminal 110 (

Is the second received signal of Equation 11

)on

Multiplied by, and the third received signal (

)

Wow

Detect using the difference of the product.

상기의 수학식 12에 수학식 11을 대입하면 수학식 13이 얻어진다.Equation 11 is obtained by substituting Equation 11 into Equation 12 above.

수학식 13을 참조하면, 상기 소스단말기(110)(p 번째 사용자 단말)은 상기의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법을 사용한 경우, 일반적인 무선 통신 시스템에 비해 (

)만큼의 다이버시티 이득을 얻게 된다.Referring to Equation 13, when the source terminal 110 (the p- th user terminal) uses the bidirectional amplification and cooperative transmission method, compared with the general wireless communication system (

Diversity gain is gained by.

또한, 종래의 기본적인 협력 통신은, 가상의 안테나 어레이를 사용하기 위해 중계단말이 소스단말로부터 신호를 전달받는 과정인 브로드캐스트 슬롯(Phase1)과 중계단말이 소스단말의 신호를 기지국으로 전송하는 중계슬롯(Phase2)의 두 개의 시간 슬롯으로 이루어지며, 두 개의 시간 슬롯 동안 소스단말은 하나의 심벌신호만 전송하게 됨으로써, 공간 다이버시티 이득을 얻으며, 1/2 전송률을 가진다. In addition, in the conventional basic cooperative communication, a broadcast slot (Phase1) in which a relay terminal receives a signal from a source terminal in order to use a virtual antenna array, and a relay slot in which the relay terminal transmits a signal of a source terminal to a base station It consists of two time slots of (Phase2), and during two time slots, the source terminal transmits only one symbol signal, thereby obtaining a spatial diversity gain and having a half rate.

이에 반면, 상술한 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법은, 브로드캐스트 슬롯(Phase1)을 포함하여 총 세 개의 시간 슬롯(Phase1, Phase2, Phase3) 동안 두 개의 심벌신호를 전송할 수 있고, 이와 동시에 STBC와 유사한 공간 부호화를 통해 공간 다이버시티 이득을 얻으며 2/3 전송률을 가지게 된다. 따라서, 상기 제안한 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법은 종래의 일반적인 협력 통신과 비교하여 볼 때 전송효율이 더욱 향상됨을 알 수 있다.In contrast, the bidirectional amplification and cooperative transmission method described above may transmit two symbol signals during a total of three time slots (Phase1, Phase2, and Phase3) including a broadcast slot (Phase1), and at the same time, similar to STBC. Spatial coding gives spatial diversity gain and 2/3 data rate. Therefore, it can be seen that the proposed bidirectional amplification and cooperative transmission method further improves transmission efficiency as compared with conventional general cooperative communication.

즉, 이러한 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법에 따르면, OFDMA 기반의 무선 통신 시스템 특성을 활용하여, 각각의 단말기가 자신의 신호와 협력 전송을 위 한 상대방 신호를 모두 전송함에 따라 전송률이 향상되고 단말기 상호 간의 전송전력 및 전송시간의 형평성을 유지할 수 있는 이점이 있다.That is, according to the bidirectional amplification cooperative transmission method, utilizing the characteristics of the OFDMA-based wireless communication system, as each terminal transmits its own signal and the counterpart signal for cooperative transmission, the data rate is improved and the mutual communication between the terminals is achieved. There is an advantage that can maintain the balance between the transmission power and the transmission time.

도 11은 본 발명의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법(mutual AF cooperative transmission; Amplify-and-Forward cooperative transmission)의 모의실험결과와, 종래의 복호 후 전달 협력 전송 방법(DF cooperative trnamission; Decode-and-Forward cooperative transmission)의 모의실험결과에 대하여, 비트에러율(BER) 성능을 비교한 그래프이다. 이러한 도 11은 중계채널

의 상대적 우위에 따른 BER 성능을 -3dB, 0dB, 10dB, 30dB에 대해 차례대로 보여준다. 11 shows a simulation result of a bidirectional amplification and forward cooperative transmission method according to the present invention, and a conventional post-decoding cooperative transmission method (DF cooperative trnamission; Decode-and-). It is a graph comparing bit error rate (BER) performance with respect to simulation results of forward cooperative transmission. 11 is a relay channel

BER performance is shown for -3dB, 0dB, 10dB, and 30dB in order.

본 발명에 따른 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법(mutual AF cooperative transmission)은 중계채널의 상태가 상대적으로 나쁘거나 보통 수준인 -3dB, 0dB의 경우에도 중계채널의 채널이득을 얻음에 따라, 10^-3의 BER 값을 기준으로 볼 때, 종래의 복호 후 전달 협력 전송 방법(DF cooperative transmission)에 비해 각각 4dB의 성능 향상을 나타내었고, 기본적인 OFDMA 기반의 무선 통신 시스템(OFDMA-QPSK)의 경우와 비교하여도 최대 3dB의 성능 향상을 확인할 수 있다. After a two-way amplifier according to the present invention deliver cooperative transmission method (AF mutual cooperative transmission) is of ^10-3 according to obtain the channel gain of a relay channel in the case of a -3dB, 0dB, the status of the relay channels is relatively poor or normal level, Based on the BER value, the performance improvement of the conventional DF cooperative transmission method is 4dB, respectively, and compared with that of the basic OFDMA-based wireless communication system (OFDMA-QPSK). You can see a performance improvement of up to 3dB.

상기의 BER 성능은, 본 발명의 증폭 후 협력 전송 방법(mutual AF cooperative transmission)이 복호 후 전달 협력 전송 방법(DF cooperative transmission)에 비해 중계채널의 상태에 상대적으로 덜 민감하기 때문에 발생한다. 즉, 중계채널의 상태가 매우 좋을 경우에는, 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법(mutual AF cooperative transmission)에 비해 복호 후 전달 협력 전송 방 법(DF cooperative transmission)이 상대적으로 향상 폭이 크다. 그러나, 현재와 같은 복잡한 도시 지형이나 원거리의 무선 채널 환경에 있어서, 최적의 중계단말을 선택한 경우에도 상대적으로 중계채널의 상태가 좋지 않거나 비슷할 경우에는, 상기 양방향 증폭 후 협력 전송 기법(AF cooperative transmission)이 기존의 복호 후 전달 협력 전송 방법(DF cooperative transmission)보다 상대적으로 우수한 성능을 나타냄을 알 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 OFDMA 기반의 여러 무선 통신 시스템들 중, 와이브로와 같이 셀 반경이 상당히 넓거나 혹은 단말간의 거리가 여타 시스템보다 상당히 먼 시스템에 있어서, 매우 효과적으로 적용될 수 있다.The above BER performance occurs because the mutual AF cooperative transmission method of the present invention is relatively less sensitive to the state of the relay channel than the DF cooperative transmission method. That is, when the state of the relay channel is very good, the post-decoding cooperative transmission method (DF cooperative transmission) is significantly improved compared to the bidirectional amplification cooperative transmission method (mutual AF cooperative transmission). However, in the present complex urban terrain or remote wireless channel environment, even when the optimal relay terminal is selected, if the state of the relay channel is relatively poor or similar, the AF cooperative transmission technique may be performed. It can be seen that the performance is relatively superior to the conventional DF cooperative transmission method. As a result, the present invention can be very effectively applied in OFDMA-based wireless communication systems, in which the cell radius is considerably wider or the distance between terminals is considerably longer than other systems, such as WiBro.

상기 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 매체로서 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.The bidirectional amplification and forward cooperative transmission method in the OFDMA based cooperative communication system may be implemented as computer readable codes on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data is stored as a medium that can be read by a computer system.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CO-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CO-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like, which are also implemented in the form of carrier waves (for example, transmission over the Internet). Include. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능한 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, these are merely exemplary and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 이러한 종래의 일반적인 협력 통신을 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing such conventional general cooperative communication.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법을 위한 시스템구성도이다.2 is a system configuration diagram for a bidirectional amplification and forward cooperative transmission method in an OFDMA based cooperative communication system according to an embodiment of the present invention.

도 3 내지 도 5는 도 2에 도시된 소스단말기, 중계단말기, 기지국에 대한 각각의 상세 구성도이다.3 to 5 are detailed configuration diagrams of the source terminal, the relay terminal, and the base station shown in FIG.

도 6은 상기 증폭 후 전달 협동전송 방법에 사용되는 OFDMA 시스템의 신호구성을 도시한 블럭도이다.6 is a block diagram illustrating a signal configuration of an OFDMA system used in the post-amplification cooperative transmission method.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에서의 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법의 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a bidirectional amplification and forward cooperative transmission method in an OFDMA based cooperative communication system according to an embodiment of the present invention.

도 8은 상기 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법의 신호전송 과정을 나타내는 구성도이다.8 is a diagram illustrating a signal transmission process of the cooperative transmission method after the bidirectional amplification.

도 9는 상기 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법의 신호전송을 나타내는 도표이다.9 is a diagram illustrating signal transmission of the bidirectional amplification and cooperative transmission method.

도 10은 상기 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법에서 기지국에 수신된 신호를 나타내는 도표이다.10 is a diagram illustrating a signal received by a base station in the bidirectional amplification and cooperative transmission method.

도 11은 상기 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 방법(AF cooperation)의 모의실험결과와 종래의 복호 후 전달 협동전송 방법(DF cooperation)의 모의실험결과를 비교한 그래프이다.11 is a graph comparing simulation results of the bidirectional amplification and cooperative transmission method (AF cooperation) and simulation results of the conventional post-decoding cooperative transmission method (DF cooperation).

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

100: 양방향 증폭 후 전달 협력 전송 시스템 100: two-way amplification and forwarding cooperative transmission system

110: 소스단말기 111: 인접단말 검색부110: source terminal 111: adjacent terminal search unit

112: 중계단말 선택부 113: 중계단말 정보전송부112: relay terminal selection unit 113: relay terminal information transmission unit

114: 중계단말 동기화부 115: 신호송출부114: relay terminal synchronization unit 115: signal transmission unit

120: 중계단말기 121: 중계명령 수신부120: relay terminal 121: relay command receiving unit

122: 소스단말 동기화부 123: 소스신호 수신부122: source terminal synchronization unit 123: source signal receiving unit

124: 소스신호 증폭부 125: 소스신호 중계부124: source signal amplifier 125: source signal relay

130: 기지국 131: 중계단말 정보수신부130: base station 131: relay terminal information receiver

132: 중계명령 전송부 133: 소스 및 중계신호 수신부132: relay command transmitter 133: source and relay signal receiver

134: 소스 및 중계신호 검출부 135: 중첩신호 합산 및 복호부134: source and relay signal detector 135: superimposition signal sum and decoder

Claims

In the OFDMA-based cooperative communication system in which a relay terminal performs cooperative communication with a source terminal and a base station, in a bidirectional amplification and forward cooperative transmission method,

Receiving information on the source terminal from the base station,

Receiving a source signal from the source terminal,

Amplifying the source signal, and

Transmitting the first transmission signal, the second transmission signal, and the amplified source signal to the base station to be transmitted by the relay terminal through a frequency range allocated from the base station,

The step of transmitting a signal to the base station,

Transmitting a modulated signal of the first transmission signal at a first transmission time,

Transmitting a first combined signal combining a modulation signal of the second transmission signal and a modulation signal of the amplified source signal at a second transmission time; and

Transmitting a second combined signal combining a modulation signal of the first transmission signal and a modulation signal of the amplified source signal at a third transmission time;

A method for cooperative transmission after bidirectional amplification in an OFDMA based cooperative communication system in which signals sequentially transmitted in the first, second and third transmission times are expressed by the following equation:

here,

,

Is the first and second signals of the relay terminal,

Is the amplified source signal,

Is the received power (

Transmit power versus

Amplification gain

Denotes the received source signal.

The method according to claim 1,

The information about the source terminal,

A bidirectional amplification and cooperative transmission method in an OFDMA-based cooperative communication system which is information on a subcarrier band allocated to the source terminal.

The method according to claim 1,

And the source terminal selects a terminal having the best channel state among neighboring terminals as the relay terminal.

The method according to claim 1,

Amplifying the source signal,

The bidirectional amplification post-transmission cooperative transmission method in an OFDMA-based cooperative communication system for amplifying the source signal to the ratio of the transmission power to the reception power.

delete

A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing a bidirectional amplification and forward cooperative transmission method in an OFDMA based cooperative communication system according to any one of claims 1 to 4.

In an OFDMA based cooperative communication system in which a relay terminal performs cooperative communication with a source terminal and a base station,

The source terminal,

The terminal having the best channel state among neighboring terminals is selected as the relay terminal,

The base station comprises:

Delivers information about the source terminal to the relay terminal,

The relay terminal,

Receiving and amplifying a source signal from the source terminal, and transmitting a first transmission signal, a second transmission signal, and the amplified source signal to be transmitted by the relay terminal to the base station through a frequency domain allocated from the base station,

The relay terminal,

Transmitting a modulation signal of the first transmission signal at a first transmission time, transmitting a first combination signal combining a modulation signal of the second transmission signal and a modulation signal of the amplified source signal at a second transmission time, Transmits a second combined signal in which a modulation signal of the first transmission signal and a modulation signal of the amplified source signal are combined at a third transmission time;

OFDMA-based cooperative communication system in which signals sequentially transmitted in the first, second and third transmission times are represented by the following equation: