KR102396405B1 - Two-way Relay System and Method using Space Frequency Block Coding with Physical Network Coding - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물리적 네트워크 코딩(PNC)을 적용함과 동시에, SFBC 기술을 이용해 사용자 단말들이 동시에 전송하고 동시에 수신하는 2 단계의 양방향 전송 방식을 적용함으로써, 피드백 경로의 획득이 어렵거나, 채널 가역성이 신뢰할 만한 수준으로 성립되지 않아 채널 정보의 획득이 어려운 상황에서도, PNC의 시간적 효율과 SFBC의 다이버시티 이득을 모두 얻을 수 있는, 양방향 중계국 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention applies physical network coding (PNC) and a two-step bidirectional transmission method in which user terminals transmit and receive simultaneously using SFBC technology, making it difficult to obtain a feedback path or reliable channel reversibility The present invention relates to a bidirectional relay station system and method capable of obtaining both the temporal efficiency of PNC and the diversity gain of SFBC even in a situation where it is difficult to obtain channel information because it is not established to a satisfactory level.
Description
본 발명은 양방향 중계국 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히, 공간 주파수 블록 코딩 및 물리적 네트워크 코딩을 이용한 양방향 중계국 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a bidirectional relay station system and method, and more particularly, to a bidirectional relay station system and method using spatial frequency block coding and physical network coding.
종래의 중계국 시스템에서, 두 양끝 사용자 단말(UA, UB)이 중계국(R)을 이용하여 서로의 정보를 교환하려면, 도 1에 도시된 바와 같이, 총 4번의 데이터 전송 과정이 필요하다.In the conventional relay station system, in order for two user terminals U A and U B to exchange information with each other using the relay station R, as shown in FIG. 1 , a total of four data transmission processes are required.
이러한 4번의 전송 과정의 수를 줄이기 위하여 네트워크 코딩을 이용한 양방향 중계국 시스템이 각광받고 있다. 이 방식은 도 2에 도시된 바와 같이, 첫 번째 다중접속(MA, multiple access) 과정에서 UA와 UB가 각각의 정보를 동시에 중계국(R)에 전송하고, 중계국(R)은 이를 수신하여 네트워크 코딩을 적용한다. 그리고, 두 번째 BC(Broadcast) 과정에서 중계국(R)은 이렇게 네트워크 코딩을 통해 생성된 데이터를 UA와 UB에 동시에 전송한다. UA와 UB는 수신된 정보에서 각각 자신이 송신한 정보를 제거하여 상대방의 정보를 얻을 수 있다.In order to reduce the number of such four transmission processes, a bidirectional relay station system using network coding is in the spotlight. In this method, as shown in FIG. 2, in the first multiple access (MA) process, U A and U B transmit respective information to the relay station R at the same time, and the relay station R receives it and Apply network coding. And, in the second BC (Broadcast) process, the relay station (R) transmits the data generated through network coding in this way to U A and U B at the same time. U A and U B can obtain each other's information by removing the information they have transmitted from the received information.
이때, 중계국(R)에서 적용하는 네트워크 코딩의 방식은 아날로그 네트워크 코딩(ANC, Analog Network Coding)과 물리적 네트워크 코딩(PNC, Physical Network Coding)이 있다. ANC의 경우 중계국(R)이 양쪽에서 수신된 신호의 전력량을 조절하여 BC 과정에 전송될 네트워크 코딩정보를 생성하는 방식이며, PNC는 중계국(R)이 양쪽에서 수신된 정보를 디코딩하여 배타적 논리합(XOR) 등의 연산을 이용하여 BC 과정에 전송될 네트워크 코딩정보를 생성한다. 그러나, ANC는 사용자 단말들이 자신과 중계국(R) 사이의 채널 정보뿐 아니라, 중계국(R)과 상대 사용자 단말간의 채널 정보도 필요하다는 제약 조건과, 잡음강화 현상이라는 단점을 안고 있다. 반면, PNC에서 사용자 단말들은 자신과 중계국(R) 간의 채널 정보만 알면 되고, 중계국(R)에서 신호를 디코딩하므로 잡음 강화현상이 없다.In this case, the network coding method applied by the relay station R includes analog network coding (ANC) and physical network coding (PNC). In the case of ANC, the relay station (R) generates network coding information to be transmitted in the BC process by adjusting the amount of power of the signal received from both sides. XOR) is used to generate network coding information to be transmitted in the BC process. However, ANC has disadvantages such as a constraint that user terminals need channel information between the relay station R and the other user terminal as well as channel information between itself and the relay station R, and a noise enhancement phenomenon. On the other hand, in PNC, user terminals only need to know channel information between themselves and the relay station R, and since the relay station R decodes the signal, there is no noise enhancement.
이러한 장점을 가진 물리적 네트워크 코딩(PNC)이 적용된 양방향 중계 통신 시스템에서, 두 개의 안테나를 가진 중계국(R)을 고려할 때, 만약 중계국(R)이 자신과 두 사용자 단말 사이의 채널 정보를 채널 가역성(channel reciprocity) 혹은 피드백(feedback) 경로를 통해 획득할 수 있는 경우에는 사용자 단말의 다이버시티 이득을 도출할 수 있는 빔을 형성할 수 있다. 그러나, 피드백 경로의 획득이 어렵거나, 채널 가역성이 신뢰할 만한 수준으로 성립되지 않아 채널 정보의 획득이 어려운 상황에서는 중계국(R)이 의미 있는 빔을 형성할 수 없는 문제점이 있다.In a two-way relay communication system to which physical network coding (PNC) is applied having such an advantage, when a relay station R having two antennas is considered, if the relay station R transmits the channel information between itself and the two user terminals, the channel reversibility ( If it can be obtained through channel reciprocity or a feedback path, a beam from which the diversity gain of the user terminal can be derived may be formed. However, there is a problem in that the relay station R cannot form a meaningful beam in a situation in which it is difficult to acquire a feedback path or to acquire channel information because channel reversibility is not established at a reliable level.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 물리적 네트워크 코딩(PNC)이 적용된 양방향 중계국 통신 시스템에서, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 등 복수 개의 주파수 부반송파를 이용하는 사용자 단말들 간 신호 전송의 중계 시, 인접한 부반송파 간 채널이 유사하다는 quasi-statistical 성질을 이용하여 공간 주파수 블록 코딩(SFBC, Space Frequency Block Coding)를 적용해, 사용자 단말들과 중계국이 사전에 서로 간의 채널 정보를 알지 못할 때에도, 공간주파수 블록 코딩(SFBC)을 이용하여 사용자 단말이 다이버시티 이득을 도출할 수 있는 빔을 형성할 수 있는, 양방향 중계국 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to use a plurality of frequency subcarriers such as OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) in a bidirectional relay station communication system to which physical network coding (PNC) is applied. When relaying signal transmission between user terminals, space frequency block coding (SFBC) is applied using the quasi-statistical property that the channels between adjacent subcarriers are similar, so that user terminals and the relay station communicate with each other in advance. An object of the present invention is to provide a bidirectional relay station system and method in which a user terminal can form a beam from which a diversity gain can be derived using spatial frequency block coding (SFBC) even when channel information is not known.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 양방향 중계국 장치에서 신호 중계 방법은, 복수의 사용자 단말들이 동시에 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 신호들을 수신하는 다중접속 단계; 수신된 상기 신호들로부터 상기 복수의 사용자 단말들이 전송한 전송 대상 신호들을 추출하고, 물리적 네트워크 코딩 방식에 따라 상기 전송 대상 신호들을 코드화하는 단계; 및 상기 코드화한 신호들을 상기 복수의 사용자 단말들로 동시에 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 브로드캐스트 단계를 포함하고, 상기 코드화한 신호들의 송신으로 상기 복수의 사용자 단말들 간에 해당 전송 대상 신호의 교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.First, to summarize the features of the present invention, a signal relay method in a bidirectional relay station apparatus according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a multi-channel method for receiving signals transmitted by a plurality of user terminals simultaneously using a multi-frequency subcarrier. connection step; extracting the transmission target signals transmitted by the plurality of user terminals from the received signals, and encoding the transmission target signals according to a physical network coding scheme; and a broadcasting step of simultaneously transmitting the coded signals to the plurality of user terminals using a multi-frequency subcarrier, wherein a corresponding transmission target signal is exchanged between the plurality of user terminals by transmitting the coded signals. characterized in that
상기 신호 중계 방법은, 상기 복수의 사용자 단말들로부터 상기 전송 대상 신호들을 동시에 수신하고 상기 복수의 사용자 단말들로 상기 코드화한 신호들을 동시에 전송하는, 2 단계의 양방향 전송 방식에 의해 상기 복수의 사용자 단말들간 정보 교환이 완성되도록 하기 위한 것을 특징으로 한다.In the signal relay method, the plurality of user terminals by a two-step bidirectional transmission method of simultaneously receiving the transmission target signals from the plurality of user terminals and simultaneously transmitting the coded signals to the plurality of user terminals It is characterized in that the information exchange between the two is completed.
상기 신호 중계 방법은, 상기 다중 주파수 부반송파를 이용하는 공간 주파수 블록 코딩 방식에 따라 다이버시티 이득을 개선함과 동시에 상기 물리적 네트워크 코딩 방식에 따라 시간적 효율성을 개선하기 위한 것을 특징으로 한다.The signal relay method is characterized in that it improves the diversity gain according to the spatial frequency block coding scheme using the multi-frequency subcarriers and at the same time improves the temporal efficiency according to the physical network coding scheme.
상기 브로드캐스트 단계는, 제1주파수 대역의 부반송파를 이용해 상기 코드화한 신호들(과 )을 전송하고 동시에 제2주파수 대역의 부반송파를 이용해 를 전송하는(*는 공액 복소수) 단계를 포함하고, 상기 복수의 사용자 단말들은 각각 상기 브로드캐스트된 신호를 수신하여 단일(unitary) 행렬을 이용해 과 을 획득하고 과 로부터 자기 간섭 제거를 통해 상대방의 전송 대상 신호를 획득하는 것을 특징으로 한다.In the broadcasting step, the coded signals ( class ) and at the same time using the subcarrier of the second frequency band transmitting (* is a conjugated complex number), wherein the plurality of user terminals each receive the broadcast signal and use a unitary matrix class to acquire class It is characterized in that the transmission target signal of the other party is obtained through self-interference cancellation from the
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른 양방향 중계국 장치는, 복수의 사용자 단말들이 동시에 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 신호들을 수신하는 수신부; 수신된 상기 신호들로부터 상기 복수의 사용자 단말들이 전송한 전송 대상 신호들을 추출하고, 물리적 네트워크 코딩 방식에 따라 상기 전송 대상 신호들을 코드화하는 코딩부; 및 상기 코드화한 신호들을 상기 복수의 사용자 단말들로 동시에 다중 주파수 부반송파를 이용해 브로드캐스트하는 송신부를 포함하고, 상기 코드화한 신호들의 송신으로 상기 복수의 사용자 단말들 간에 해당 전송 대상 신호의 교환이 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, a bidirectional relay station apparatus according to another aspect of the present invention includes: a receiving unit for receiving signals transmitted by a plurality of user terminals simultaneously using multi-frequency subcarriers; a coding unit for extracting transmission target signals transmitted by the plurality of user terminals from the received signals, and encoding the transmission target signals according to a physical network coding scheme; and a transmitter for simultaneously broadcasting the coded signals to the plurality of user terminals using a multi-frequency subcarrier, wherein the exchange of the corresponding transmission target signal is made between the plurality of user terminals by transmitting the coded signals. characterized.
상기 양방향 중계국 장치는, 상기 복수의 사용자 단말들로부터 상기 전송 대상 신호들을 동시에 수신하고 상기 복수의 사용자 단말들로 상기 코드화한 신호들을 동시에 전송하는, 2 단계의 양방향 전송 방식에 의해 상기 복수의 사용자 단말들간 정보 교환이 완성되도록 하기 위한 것을 특징으로 한다.The two-way relay station apparatus simultaneously receives the transmission target signals from the plurality of user terminals and simultaneously transmits the coded signals to the plurality of user terminals by a two-step bidirectional transmission method. It is characterized in that the information exchange between the two is completed.
상기 양방향 중계국 장치는, 상기 다중 주파수 부반송파를 이용하는 공간 주파수 블록 코딩 방식에 따라 다이버시티 이득을 개선함과 동시에 상기 물리적 네트워크 코딩 방식에 따라 시간적 효율성을 개선하기 위한 것을 특징으로 한다.The bidirectional relay station apparatus is characterized in that it improves the diversity gain according to the spatial frequency block coding scheme using the multi-frequency subcarriers and at the same time improves the temporal efficiency according to the physical network coding scheme.
상기 송신부는, 제1주파수 대역의 부반송파를 이용해 상기 코드화한 신호들(과 )을 전송하고 동시에 제2주파수 대역의 부반송파를 이용해 를 전송하며(*는 공액 복소수), 상기 복수의 사용자 단말들은 각각 상기 브로드캐스트된 신호를 수신하여 단일(unitary) 행렬을 이용해 과 을 획득하고 과 로부터 자기 간섭 제거를 통해 상대방의 전송 대상 신호를 획득하는 것을 특징으로 한다.The transmitting unit, using the subcarrier of the first frequency band, the coded signals ( class ) and at the same time using the subcarrier of the second frequency band (* is a conjugated complex number), and each of the plurality of user terminals receives the broadcast signal and uses a unitary matrix. class to obtain class It is characterized in that the transmission target signal of the other party is obtained through self-interference cancellation from the
본 발명에 따른 양방향 중계국 시스템 및 방법에 따르면, 기존의 공간 주파수 블록 코딩(SFBC) 기술이 적용된 중계국 시스템에는 단방향만 고려하였으나, 본 발명에서는 물리적 네트워크 코딩(PNC)을 적용함과 동시에, SFBC 기술을 이용해 사용자 단말들이 동시에 전송하고 동시에 수신하는 2 단계의 양방향 전송 방식을 적용함으로써, 피드백 경로의 획득이 어렵거나, 채널 가역성이 신뢰할 만한 수준으로 성립되지 않아 채널 정보의 획득이 어려운 상황에서도, PNC의 시간적 효율과 SFBC의 다이버시티 이득을 모두 얻을 수 있는 효과가 있다.According to the bidirectional relay station system and method according to the present invention, only unidirectional is considered in the relay station system to which the existing spatial frequency block coding (SFBC) technology is applied. By applying a two-step bidirectional transmission method in which user terminals transmit and receive simultaneously using There is an effect that both the efficiency and the diversity gain of SFBC can be obtained.
도 1 은 종래의 중계국 시스템에서 두 양끝 사용자 단말이 중계국을 이용하여 서로의 정보를 교환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는 일반적인 네트워크 코딩을 이용한 양방향 중계국 시스템에서의 정보 교환 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 중계국 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 중계국 시스템의 동작 설명을 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 중계국 시스템의 구현 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for describing a process in which two user terminals at both ends exchange information with each other using a relay station in a conventional relay station system.
2 is a diagram for explaining an information exchange process in a bidirectional relay station system using general network coding.
3 is a diagram for explaining a bidirectional relay station system according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart for explaining the operation of a bidirectional relay station system according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining an example of a method of implementing a bidirectional relay station system according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the essence, order, or order of the component is not limited by the term. In addition, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 중계국 시스템(또는 장치)(100)을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 중계국 시스템(100)의 동작 설명을 위하여 도 4의 흐름도가 참조된다. 3 is a diagram for explaining a bidirectional relay station system (or device) 100 according to an embodiment of the present invention. For description of the operation of the bidirectional
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 중계국 시스템(100)은, 2개 이상의 안테나(10, 20), 수신부(110), 코딩부(120), 및 송신부(130)을 포함한다. 이와 같은 본 발명의 양방향 중계국 시스템(100)의 구성요소들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 구현될 수 있다. 여기서, 신호 송수신을 위한 안테나(10, 20)가 2개인 것으로 가정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 OFDM 등의 2이상의 다중 주파수 부반송파 전송을 위하여 더 많은 수의 안테나가 이용될 수 있다.Referring to FIG. 4 , the bidirectional
먼저, 양방향 중계국 시스템(100)의 구성요소들의 기능을 간략히 설명한다. First, the functions of the components of the bidirectional
수신부(110)는 복수의 사용자 단말들(예, 두 사용자 단말들)이 동시에 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 신호들을 안테나(10, 20)를 통해 수신한다. 코딩부(120)는, 수신부(110)가 수신한 상기 신호들로부터 상기 복수의 사용자 단말들이 전송한 전송 대상 신호들을 추출하고, 물리적 네트워크 코딩 방식(PNC)에 따라 해당 전송 대상 신호들을 코드화한다. 송신부(130)는 코딩부(120)가 코드화한 신호들을 안테나(10, 20)를 통해 상기 복수의 사용자 단말들로 동시에 다중 주파수 부반송파를 이용해 브로드캐스트한다. 이와 같이 PNC 코드화한 신호들의 송신으로 상기 복수의 사용자 단말들 간에 해당 전송 대상 신호의 교환이 이루어지도록 할 수 있다.The
본 발명의 시스템(100)은, 도 2와 같이, 다중접속(MA, multiple access) 과정과 브로드캐스트(BC, broadcast) 과정에 따라, 두 사용자 단말들(UA, UB)간 신호 교환을 중계할 수 있는 양방향 중계국 시스템으로서, 사용자 단말들(UA, UB)이 공간 주파수 블록 코딩(SFBC)이 적용된 다중 주파수 부반송파 신호들을 동시에 전송하고, 양방향 중계국 시스템(100)에서 이를 수신하여 물리적 네트워크 코딩(PNC)을 적용해 사용자 단말들(UA, UB)로 다중 주파수 부반송파 신호들을 동시에 전송함으로써, 공간 주파수 블록 코딩(SFBC) 방식의 다이버시티 이득, 및 물리적 네트워크 코딩(PNC) 방식에서 상대방 단말의 채널 정보 획득이 불필요한 시간적 효율성을 모두 얻을 수 있도록 하였다. The
자세히 기술하면, 먼저, 다중접속(MA) 과정에서, 사용자 단말들(UA, UB)은 각각 두 개씩의 신호 ()를 두 개의 주파수 부반송파를 이용하여 중계국(R)로 동시에 전송하고, 양방향 중계국 시스템(100)의 수신부(110)는 안테나(10, 20)를 통하여 사용자 단말들(UA, UB)가 송신하는 신호를 수신한다(도 4의 S110 참조). 즉, 사용자 단말(UA)은 두 개의 주파수에서 직교하는 전송 대상 신호들 을 전송하고, 사용자 단말(UB)은 두 개의 주파수에서 직교하는 전송 대상 신호들 을 전송한다. 여기서 f∈{1,2}이다. In detail, first, in the multiple access (MA) process, the user terminals (U A , U B ) each receive two signals ( ) is simultaneously transmitted to the relay station R using two frequency subcarriers, and the
이때 사용자 단말들(UA, UB)로부터 수신부(110)가 수신하는 제1주파수 대역의 신호(y1)은 [수학식1]과 같이 벡터로 나타낼 수 있고, 사용자 단말들(UA, UB)로부터 수신부(110)가 수신하는 제2주파수 대역의 신호(y2)은 [수학식2]와 같이 벡터로 나타낼 수 있다. 여기서, n1, n2는 각 주파수 대역에서의 잡음(Noise)이며, hA, hB는 사용자 단말들(UA, UB) 각각과 중계국 시스템(100) 간의 채널 특성을 나타내는 채널 계수이다.At this time, the signal (y 1 ) of the first frequency band received by the
[수학식1][Equation 1]
[수학식2][Equation 2]
OFDM 등의 이와 같은 다중 주파수 부반송파 전송 방식에서, 부반송파 간에는 직교성이 성립하므로, 이를 이용하여 양방향 중계국 시스템(100)의 코딩부(120)는 이와 같이 수신된 신호들(y1, y2)을 디코딩하여 사용자 단말들이 전송한 본래의 전송대상 신호들을 분리 추출할 수 있다(도 4의 S120 참조). In such a multi-frequency subcarrier transmission scheme such as OFDM, orthogonality is established between subcarriers, so the
코딩부(120)는 추출한 수신 신호들(y1, y2)을 디코딩하여, 디코딩된 신호들(예, , )에 대하여 브로드캐스트(BC) 과정에서 사용자 단말들(UA, UB)로 전송할 물리적 네트워크 코딩(PNC) 방식으로 코드화한 신호들 (과 )을 생성한다(도 4의 S130 참조).The
각 주파수 대역에서 수신된 신호들(y1, y2)을 디코딩하는 방식으로는, ML(Maximum-Likelihood) 검출기(detector) 방식을 포함하는 비선형적 방법과, ZF(Zero-Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error) 필터 방식 등을 포함하는 선형적 방법 등이 이용될 수 있다.As a method of decoding the signals (y 1 , y 2 ) received in each frequency band, a non-linear method including a Maximum-Likelihood (ML) detector method, Zero-Forcing (ZF), MMSE ( A linear method including a Minimum Mean Square Error) filter method and the like may be used.
또한, 물리적 네트워크 코딩(PNC) 방식은 XOR 방식, Modulo 방식 등이 이용되며, 사용자 단말들(UA, UB)이 각각 전송된 신호에서 코드화한 신호들 (과 )을 추출하여, 이로부터 자신이 송신한 신호를 제거해 상대방이 송신한 신호를 획득할 수 있도록 디코딩된 신호들을 코드화한다. 예를 들어, UA가 에서 자신이 송신한 신호()를 제거하여(자기간섭 제거) 상대방이 송신한 신호()를 얻을 수 있으며, 이와 동시에 UB 역시 에서 를 제거하여 을 얻을 수 있는 방식으로 설계된 모든 네트워크 코딩 방식이, 물리적 네트워크 코딩(PNC) 방식으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 전송 대상 신호 Q에 대하여 소정의 XOR 처리 신호 P에 의한 (Q XOR P)를 전송하고 수신측에서 (Q XOR P)에 다시 P를 이용해 한번더 XOR를 수행하여 본래의 신호 Q를 추출할 수 있다. In addition, as the physical network coding (PNC) method, an XOR method, a Modulo method, etc. are used, and signals coded from signals transmitted by the user terminals (U A , U B ), respectively. ( class ) and code the decoded signals so that the signal transmitted by the other party can be obtained by removing the signal transmitted by the other party. For example, if U A is A signal sent by itself from ) by removing (removing self-interference) the signal ( ) can be obtained, and at the same time U B is also at by removing Any network coding scheme designed in a way that can obtain For example, (Q XOR P) by a predetermined XOR processing signal P is transmitted with respect to the transmission target signal Q, and the original signal Q is obtained by performing XOR once again using P at the receiving side (Q XOR P). can be extracted.
이와 같이 코딩부(120)가 물리적 네트워크 코딩(PNC) 방식으로 코드화한 신호들 을 생성하면, 브로드캐스트(BC) 과정에서 송신부(130)는 서로 다른 각각의 주파수 대역 부반송파를 이용하여 등 관련 신호들을 두 개의 안테나(10, 20)를 통해 사용자 단말들(UA, UB)로 동시에 브로드캐스트 전송한다(도 4의 S140 참조). 즉, 두 개의 안테나(10, 20)를 통해 제3주파수 대역의 부반송파를 이용해 과 을 전송하고, 동시에 두 개의 안테나(10, 20)를 통해 제4주파수 대역의 부반송파를 이용해 를 전송한다. *는 공액 복소수(complex conjugate)이다.Signals coded by the
이와 같이 브로드캐스트 과정이 이루어지면, 제3주파수 대역에서 사용자 단말들 Uk(k∈{A, B})이 수신하는 신호(yk 1)는 [수학식3]과 같이 나타낼 수 있고, 제4주파수 대역에서 사용자 단말들 Uk(k∈{A, B})이 수신하는 신호(yk 2')는 [수학식4]와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, nk 1, nk 2는 사용자 단말들(UA, UB)에 대한 각 주파수 대역에서의 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 잡음이며, h(k,1), h(k,2)는 사용자 단말들(UA, UB)과 제1안테나(10) 및 제2안테나(20) 간의 채널 특성을 나타내는 채널 계수이다.When the broadcast process is performed in this way, the signal (y k 1 ) received by the user terminals U k (k∈{A, B}) in the third frequency band can be expressed as in [Equation 3], A signal (y k 2' ) received by the user terminals U k (k∈{A, B}) in the 4th frequency band may be expressed as [Equation 4]. Here, n k 1 , n k 2 are Additive White Gaussian Noise (AWGN) noise in each frequency band for the user terminals U A and U B , and h (k,1) , h (k,2) is a channel coefficient indicating channel characteristics between the user terminals U A and U B and the
[수학식3][Equation 3]
[수학식4][Equation 4]
이때, [수학식3] (yk 1)과 함께 [수학식4]는 공액 복소수를 취하여(yk 2), 행렬 형식으로 나타내면 하기의 [수학식5]와 같고, 벡터의 형식으로 나타내면 하기의 [수학식6]과 같다. At this time, [Equation 3] (y k 1 ) and [Equation 4] take the conjugated complex number (y k 2 ), and when expressed in matrix form, it is the same as [Equation 5] below, and expressed in the form of a vector: It is the same as [Equation 6] of
[수학식5][Equation 5]
[수학식6][Equation 6]
이에 따라, 사용자 단말들(Uk)은 [수학식6]과 같이 수신된 신호 벡터(yk)에서과 를 획득하기 위하여, [수학식6]의 신호 벡터(yk)에 를 곱하는 매치트 필터링(matched-filtering)을 수행한다. 그 결과는 하기의 [수학식 7]과 같다.Accordingly, the user terminals (U k ) in the received signal vector (y k ) as in [Equation 6] class In order to obtain , in the signal vector (y k ) of [Equation 6] Matched filtering is performed by multiplying by . The result is as follows [Equation 7].
[수학식 7][Equation 7]
여기서, 는 단일(unitary) 행렬이므로, 잡음 벡터의 성질을 변화시키지 않고 수신 신호의 신호 대 잡음비가 유지된다. [수학식7]에서 볼 수 있듯이, 신호의 채널이 사라지고 간단한 형태의 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 채널의 형태가 되었고, 서로 다른 주파수의 신호를 간섭 없이 분리할 수 있으므로, Uk는 각 주파수 대역에서 과 을 간단하게 획득할 수 있게 된다. 이렇게 획득된 과 에서 자기 간섭인 과 를 네트워크 코딩의 성질을 이용하여 제거하면 상대방으로부터 온 정보(상대방이 전송한 전송 대상 신호)를 획득할 수 있다. 이에 따라 Uk 간에 해당 전송 대상 신호의 교환이 이루어질 수 있다. here, Since is a unitary matrix, the signal-to-noise ratio of the received signal is maintained without changing the nature of the noise vector. As can be seen in [Equation 7], the signal channel disappears and becomes a simple AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel, and since signals of different frequencies can be separated without interference, U k is each frequency band at class can be obtained easily. obtained in this way class self-interfering in class is removed using the properties of network coding to obtain information from the other party (transmission target signal transmitted by the other party). Accordingly, U k A corresponding transmission target signal may be exchanged between each other.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 중계국 시스템(100)의 구현 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 중계국 시스템(100)은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 결합으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 5와 같은 컴퓨팅 시스템(1000)으로 구현될 수 있다. 5 is a diagram for explaining an example of an implementation method of the bidirectional
컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다. 프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다. The
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.Accordingly, the steps of a method or algorithm described in connection with the embodiments disclosed herein may be directly implemented in hardware, a software module executed by the
상술한 바와 같이, 기존의 공간 주파수 블록 코딩(SFBC) 기술이 적용된 중계국 시스템에는 단방향만 고려하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 중계국 시스템(100)에서는, 물리적 네트워크 코딩(PNC)을 함께 적용함과 동시에, SFBC 기술을 이용해 두 사용자 단말이 동시에 전송하고 동시에 수신하는 2 단계의 양방향 전송 방식으로 서로 간의 정보 교환이 완성되도록 적용함으로써, 피드백 경로의 획득이 어렵거나 채널 가역성이 신뢰할 만한 수준으로 성립되지 않아 채널 정보의 획득이 어려운 상황에서도, PNC의 시간적 효율과 SFBC의 다이버시티 이득을 모두 얻을 수 있는 효과가 있도록 하였다.As described above, only unidirectional is considered in the relay station system to which the existing spatial frequency block coding (SFBC) technology is applied, but in the bidirectional
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
안테나(10, 20)
수신부(110)
코딩부(120)
송신부(130)Antenna (10, 20)
Claims (10)
복수의 사용자 단말들이 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 신호들을 수신하는 단계;
수신된 신호들로부터 상기 복수의 사용자 단말들이 전송한 전송 대상 신호들을 추출하고, 물리적 네트워크 코딩 방식에 따라 상기 전송 대상 신호들을 코드화하는 단계; 및
코드화된 신호들을 상기 복수의 사용자 단말들로 상기 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 단계를 포함하고,
상기 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 단계는,
제3 주파수 대역의 부반송파를 이용해 코드화된 신호인 과 을 전송하고, 동시에 제4 주파수 대역의 부반송파를 이용해 를 전송하고,
상기 송신 신호를 수신한 단말은 수신된 신호 벡터에 매치드 필터링(matched-filtering)을 수행하며, 자기 간섭 신호를 이용하여 상대방의 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는,신호 중계 방법.A method for relaying signals in a bidirectional relay station device, the method comprising:
Receiving signals transmitted by a plurality of user terminals using multi-frequency subcarriers;
extracting the transmission target signals transmitted by the plurality of user terminals from the received signals, and encoding the transmission target signals according to a physical network coding scheme; and
transmitting coded signals to the plurality of user terminals using the multi-frequency subcarrier;
Transmitting using the multi-frequency subcarrier comprises:
A signal coded using a subcarrier of the third frequency band class and at the same time using the subcarrier of the 4th frequency band to send,
The terminal receiving the transmission signal performs matched-filtering on the received signal vector, and acquires information of the counterpart by using the self-interference signal, Signal relay method.
상기 복수의 사용자 단말들로부터 상기 전송 대상 신호들을 동시에 수신하고 상기 복수의 사용자 단말들로 상기 코드화된 신호들을 동시에 전송하는 것을 특징으로 하는, 신호 중계 방법.The method according to claim 1,
The signal relay method, characterized in that simultaneously receiving the transmission target signals from the plurality of user terminals and simultaneously transmitting the coded signals to the plurality of user terminals.
상기 복수의 사용자 단말들이 송신하는 신호들을 수신하는 단계는,
공간 주파수 블록 코딩이 적용된 상기 전송 대상 신호들이 제1 주파수 대역의 부반송파와 제2 주파수 대역의 부반송파를 통해 수신되는 것을 특징으로 하는, 신호 중계 방법.The method according to claim 1,
Receiving the signals transmitted by the plurality of user terminals comprises:
The signal relay method, characterized in that the transmission target signals to which spatial frequency block coding is applied are received through a subcarrier of a first frequency band and a subcarrier of a second frequency band.
상기 코드화하는 단계는,
상기 수신된 신호들을 디코딩하여 상기 전송 대상 신호들을 획득하는 단계; 및
상기 전송 대상 신호들을 물리적 네트워크 코딩 방식에 따라 코딩함으로써 상기 코드화된 신호들을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 신호 중계 방법.The method according to claim 1,
The coding step is
decoding the received signals to obtain the transmission target signals; and
and generating the coded signals by coding the transmission target signals according to a physical network coding scheme.
상기 전송 대상 신호들을 획득하는 단계는,
수신된 신호들을 비선형적 방법 또는 선형적 방법을 사용하여 상기 전송 대상 신호들을 획득하는 것을 특징으로 하는, 신호 중계 방법. 5. The method of claim 4,
The step of obtaining the transmission target signals includes:
A signal relay method, characterized in that the received signals are acquired using a non-linear method or a linear method to obtain the transmission target signals.
상기 물리적 네트워크 코딩 방식은 XOR 연산에 기초한 코딩 방식 또는 모듈러(modulo) 연산에 기초한 코딩 방식인 것을 특징으로 하는, 신호 중계 방법.5. The method of claim 4,
The physical network coding method is a coding method based on an XOR operation or a coding method based on a modular operation, a signal relay method.
프로세서(processor);
상기 프로세서와 전자적(electronic)으로 통신하는 메모리(memory); 그리고
상기 메모리에 저장되는 명령들(instructions)을 포함하며,
상기 명령들이 상기 프로세서에 의해 실행되는 경우, 상기 명령들은 상기 통신 장치가,
복수의 사용자 단말들이 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 신호들을 수신하고;
수신된 신호들로부터 상기 복수의 사용자 단말들이 전송한 전송 대상 신호들을 추출하고, 물리적 네트워크 코딩 방식에 따라 상기 전송 대상 신호들을 코드화하고; 그리고
코드화된 신호들을 상기 복수의 사용자 단말들로 상기 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 것을 야기하도록 동작하며,
상기 다중 주파수 부반송파를 이용해 송신하는 경우, 상기 명령들은, 제3 주파수 대역의 부반송파를 이용해 코드화된 신호인 과 을 전송하고, 동시에 제4 주파수 대역의 부반송파를 이용해 를 전송하며,
상기 송신 신호를 수신한 단말은 수신된 신호 벡터에 매치드 필터링(matched-filtering)을 수행하며, 자기 간섭 신호를 이용하여 상대방의 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는, 통신 장치.A communication device comprising:
processor;
a memory in electronic communication with the processor; And
including instructions stored in the memory;
When the instructions are executed by the processor, the instructions cause the communication device to:
receive signals transmitted by a plurality of user terminals using multi-frequency subcarriers;
extracting the transmission target signals transmitted by the plurality of user terminals from the received signals, and encoding the transmission target signals according to a physical network coding scheme; And
operative to cause transmission of coded signals to the plurality of user terminals using the multi-frequency subcarrier;
When transmitting using the multi-frequency subcarrier, the commands are signals coded using a subcarrier of a third frequency band. class and at the same time using the subcarrier of the 4th frequency band to send,
The terminal receiving the transmission signal performs matched-filtering on the received signal vector, and obtains information of the counterpart by using the self-interference signal.
상기 복수의 사용자 단말들이 송신하는 신호들을 수신하는 경우, 상기 명령들은,
공간 주파수 블록 코딩이 적용된 상기 전송 대상 신호들이 제1 주파수 대역의 부반송파와 제2 주파수 대역의 부반송파를 통해 수신되는 것을 야기하도록 동작하는, 통신 장치.
9. The method of claim 8,
When receiving signals transmitted by the plurality of user terminals, the instructions include:
and causing the to-be-transmitted signals to which spatial frequency block coding has been applied to be received through a subcarrier of a first frequency band and a subcarrier of a second frequency band.
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