KR20070034408A - Hybrid Forwarding Apparatus and Method for Cooperative Relaying in Orthogonal Frequency Multiplexing Network - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직교주파수 다중분할방식 네트워크에서 협력적중계를 위한 혼종 포워딩 장치 및 방법에 대한 것으로, 직교주파수 다중분할방식 네트워크에서 중계기를 이용하여 데이터를 전송하기 위한 중계기의 혼종 포워딩(Hybrid Forwarding)장치에 있어서, 송신 포워딩 방식을 결정하기 위한 포워딩 구조 선택기와, AF(Amplify and Forward) 방식 사용시, 상기 포워딩 구조 선택기로부터 제공받은 데이터를 증폭하는 AF부와, DF(Decode and Forward) 방식 사용시, 상기 포워딩 구조 선택기로부터 제공받은 데이터를 복호화 하고 부호화하는 DF부와, 상기 AF부와 DF부의 출력데이터를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)변조기로 제공하기 위한 멀티플렉서(Multiplexer)를 포함하는 것으로 중계기가 통신링크 상의 SNR을 기반으로 비트에러확율을 구하여 전송방식을 결정한다. 따라서, 비트에러확율에 기반하여 더 적합한 포워딩방식을 선택하여 사용할 수 있으므로, 더 낮은 비트에러확율을 가지는 통신링크 와 더 높은 전송율을 얻는 이점이 있다.The present invention relates to a hybrid forwarding device and method for cooperative relaying in an orthogonal frequency multi-division network, and to a hybrid forwarding device of a repeater for transmitting data using a repeater in an orthogonal frequency multi-division network. A forwarding structure selector for determining a transmission forwarding scheme, an AF unit for amplifying data received from the forwarding structure selector when using an AF and a forwarding structure selector, and a forwarding structure when using a decode and forward (DF) scheme A DF unit for decoding and encoding data received from a selector, and a multiplexer for providing the AF and DF output data to an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulator. Based on the bit error probability, the transmission method is determined. Therefore, since a more suitable forwarding scheme can be selected and used based on the bit error probability, there is an advantage of obtaining a communication link having a lower bit error probability and a higher transmission rate.
중계기(Relay), 혼종포워딩(Hybrid Forwarding), OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Relay, Hybrid Forwarding, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM).
Description
도 1은 기존의 AF방식을 사용하는 OFDM 기반의 중계기를 도시한 도면,1 is a diagram showing an OFDM-based repeater using a conventional AF method,
도 2는 기존의 DF방식을 사용하는 OFDM 기반의 중계기를 도시한 도면,2 is a diagram illustrating an OFDM-based repeater using a conventional DF scheme;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 구조를 도시한 도면,3 is a diagram illustrating a network structure according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시분할 전송에 따른 채널을 도시한 도면,4 is a diagram illustrating a channel according to time division transmission according to an embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계기에서의 각각의 부 반송파에 대해 혼종 포워딩 방식을 사용할 경우를 도시한 도면,.5 is a diagram illustrating a case where a hybrid forwarding scheme is used for each subcarrier in a repeater according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중계기의 구성을 도시한 도면,6 is a view showing the configuration of a repeater according to an embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수신노드의 구성을 도시한 도면,7 is a diagram illustrating a configuration of a receiving node according to an embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신노드의 구성을 도시한 도면,.8 is a diagram illustrating a configuration of a transmitting node according to an embodiment of the present invention.
도 9은 본 발명의 실시 예에 따른 중계기의 동작흐름을 도시한 흐름도,9 is a flowchart illustrating an operation flow of a repeater according to an embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 수신노드의 동작흐름을 도시한 흐름도, 및,10 is a flowchart illustrating an operation of a receiving node according to an embodiment of the present invention, and
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 시스템에서의 순방향 링크 역방향 링크 전송의 예를 도시한 도면.11 illustrates an example of forward link reverse link transmission in an OFDM system according to an embodiment of the present invention.
도 12는 혼종 포워딩 방식과 직접전송 방식의 성능을 비교한 그래프.12 is a graph comparing the performance of the hybrid forwarding method and the direct transmission method.
본 발명은 직교주파수 다중분할방식 네트워크에 관한 것으로 특히, 중계기(Relay)를 이용한 협력적 중계방식에서의 혼종 포워딩 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an orthogonal frequency multi-division network, and more particularly, to a hybrid forwarding apparatus and method in a cooperative relay method using a relay.
이동통신 시스템에서 2세대와 3세대 시스템으로부터 4세대 시스템으로 전환을 위해서는 무선구간에서의 주파수활용도와 QoS(Quality of Service)에 대한 성능향상이 필연적이다. In order to switch from the 2nd and 3rd generation systems to the 4th generation systems in mobile communication systems, it is necessary to improve the frequency utilization and the performance of QoS (Quality of Service) in the wireless section.
상기 데이터 전송율 과 안정성에 관련한 요구사항을 만족하기 위해서 하나의 입력과 출력을 가지는 SISO(Single Input Single Output)는 제한적인 주파수사용 특성 때문에 실용적이지 못한 문제점이 있다.In order to satisfy the requirements related to the data rate and stability, a single input single output (SISO) having one input and output has a problem that is not practical due to limited frequency usage characteristics.
상기 QoS에서의 요구사항을 만족시키기 위해서는 새로운 전송방법의 개발이 필요한데, MIMO(Multiple Input Multiple Output)기술과 같은 다중안테나 기술이 이러한 시스템용량을 증가시키는 기술이다. In order to satisfy the requirements of the QoS, it is necessary to develop a new transmission method. A multiple antenna technology such as a multiple input multiple output (MIMO) technology increases the system capacity.
상기 MIMO 통신기술은 산란이 많은 환경에서의 상기 SISO 통신과 비교하여 주파수 효율성이 아주 높다. 그리고 수신측의 안테나 수가 송신측의 안테나 수와 같거나 더 클수록 용량은 선형적으로 증가한다.The MIMO communication technology has a very high frequency efficiency compared to the SISO communication in a high scattering environment. The capacity increases linearly as the number of antennas on the receiving side is equal to or larger than the number of antennas on the transmitting side.
상기 MIMO 기술은 수신측에 같은 신호를 다중 안테나를 이용해 동시에 전송한다. 본 발명에서는 각각의 신호를 다이버시티 브랜치(branch)라고 명명한다.The MIMO technology simultaneously transmits the same signal to multiple receivers using multiple antennas. In the present invention, each signal is called a diversity branch.
만약, 수신측에서 전송하는 신호의 상기 다이버시티 브랜치가 증가하면 패이딩을 겪을 확률은 감소하고 신뢰성이 증가한다. 하지만, 상기 기술은 전송기에서 다수의 안테나를 필요로 하고. 하드웨어 복잡도 및 비용증가의 문제점이 있다. If the diversity branch of the signal transmitted from the receiving side is increased, the probability of experiencing fading is reduced and the reliability is increased. However, the technique requires multiple antennas at the transmitter. There is a problem of increasing hardware complexity and cost.
또한, 시스템 성능은 안테나 수, 분산환경, 전송 및 수신안테나 사이의 공간적 페이딩 연관관계, 그리고 각각의 네트워크 요소들의 거리 문제에 많이 의존하기 때문에 항상 통상적인 MIMO기술을 통한 성능향상을 항상 얻을 수는 없다. In addition, system performance depends on the number of antennas, distributed environment, spatial fading relationship between transmit and receive antennas, and the distance of each network element, so it is not always possible to obtain performance improvement through conventional MIMO technology. .
통상적인 다중 안테나 기술의 이점은 가상 안테나 어래이(VAA, virtual antenna array)를 사용하는 협력적 통신에 의해서도 달성될 수 있다. 상기 가상 안테나 어레이는 상기 송신측과 수신측의 통신을 돕기 위한 중계기에 의해 생성되고, 협력적 통신은 상기 송신측과 수신측의 통신에 상기 중계기가 통신 신호를 중계하는 것을 나타낸다. 즉, 상기 SISO환경에서도 상기 VAA를 이용하여 다중 안테나 기술의 이점을 얻을 수 있다.The advantages of conventional multi-antenna techniques can also be achieved by collaborative communication using a virtual antenna array (VAA). The virtual antenna array is generated by a repeater for assisting communication between the transmitting side and the receiving side, and cooperative communication indicates that the repeater relays a communication signal to communication between the transmitting side and the receiving side. That is, in the SISO environment, the VAA can be used to obtain the advantages of the multiple antenna technology.
그리고, 상기 가상 안테나 어레이가 상기 송신측, 또는 수신측의 가상적인 안테나 역할을 수행하기 때문에, 신뢰도 증가, 통신가능영역 확장을 가능하게 하여 상기 송신측 과 수신측 사이의 통신두절 확률과 비트에러확율이 감소할 수 있다.In addition, since the virtual antenna array serves as a virtual antenna of the transmitting side or the receiving side, it is possible to increase the reliability and expand the communication range, thereby reducing the probability of communication loss and the bit error probability between the transmitting side and the receiving side. This can be reduced.
또한, 상기 가상 안테나 어레이로 인해, 주변환경에 덜 민감하게 되므로 높은 전송율을 얻을 수 있고, 만약 같은 전송율일 경우, 전력소비를 줄일 수 있다.In addition, due to the virtual antenna array, because it is less sensitive to the surrounding environment it is possible to obtain a high transmission rate, if the same transmission rate, it is possible to reduce the power consumption.
상기 협력적 통신시스템의 목적은 상기 송신측과 수신측의 통신에서 안정성을 향상시키는 것이고, 상기 목적을 달성하기 위해서는 특히, 상기 가상안테나 어레이를 이용한 다이버시티를 이용한 포워딩(Forwarding)방식을 향상시키는 것이 필요하다.The purpose of the cooperative communication system is to improve stability in communication between the transmitting side and the receiving side. In order to achieve the above object, it is particularly desirable to improve a forwarding scheme using diversity using the virtual antenna array. need.
상기 포워딩방식은 AF(Amplify and Forward) 방식과 DF(Decode and Forward) 방식이 상기 중계기 네트워크에서 많이 사용된다.In the forwarding method, an Amplify and Forward (AF) method and a Decode and Forward (DF) method are commonly used in the repeater network.
상기 AF방식은 신호를 수신한 후, 증폭하여 포워딩하는 방식이고 DF는 수신한 신호를 복호화한 후 다시 부호화하여 포워딩하는 방식이다.The AF method is a method of amplifying and forwarding a signal after receiving the signal, and the DF is a method of decoding and forwarding the received signal again after decoding.
도 1은 기존의 AF방식을 사용하는 OFDM 기반의 중계기를 도시한 것이다. 이하 설명은 직교주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하, OFDM라 칭함) 방식을 예를 들어 설명하며, TDD(Time Division Duplex)를 사용하는 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access) 혹은 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access)에도 적용 가능하다.1 illustrates an OFDM-based repeater using a conventional AF method. In the following description, orthogonal frequency division multiplexing (hereinafter, referred to as OFDM) scheme is described as an example, and code division multiple access or time division multiple access using TDD (Time Division Duplex) is used. Also applicable to (Time Division Multiple Access).
상기 도 1을 참조하면, 상기 수신 장치는, RF(Radio Frequency)처리기(122), OFDM 복조기(120), 버퍼(114)를 포함하여 구성되고, 상기 OFDM 복조기(120)는 아날로그/디지털 변환모듈(Analog/Digital Converter), OFDM복조모듈, 복호화모듈을 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, the receiving apparatus includes a radio frequency (RF)
RF처리기(122)는 안테나를 통해 수신되는 RF(Radio Frequency)신호를 기저대역 아날로그 신호로 변환한다. The
상기 OFDM 복조기(120)의 아날로그/디지털 변환모듈은 상기 RF처리기(122)로 부터 제공되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 OFDM 복조모듈로 제공하고, 상기 OFDM 복조모듈은 상기 아날로그/디지털 변환 모듈로부터 제공되는 시간 영역 샘플데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 데이터를 출력하여 복호화모듈로 제공한다.The analog / digital conversion module of the
상기 복호화모듈은 상기 OFDM 복조모듈로부터 제공되는 데이터를 해당 복조 방식과 미리 정해진 부호율로 복호화하여 버퍼(124)에 저장한다.The decoding module decodes the data provided from the OFDM demodulation module with a corresponding demodulation scheme and a predetermined code rate and stores the data in the
상기 송신 장치는, RF(Radio Frequency)처리기(112), OFDM 변조기(110), AF 모듈(114)을 포함하여 구성되고, 상기 OFDM 변조기(110)에는 디지털/아날로그 변환모듈, OFDM변조모듈, 부호화모듈을 포함하여 구성된다.The transmitter includes a radio frequency (RF)
먼저, 상기 AF모듈(114)은 상기 버퍼(124)에서 로딩(Loading)한 각각의 부 반송파에 대한 이득 증폭(Gain Amplification)을 한 후, 상기 OFDM변조기(110)으로 제공한다.First, the
상기 이득 증폭 범위는 상기 중계기가 수신한 데이터의 채널상태정보(Channel State Information, 이하 CSI라 칭함)에 따라 결정된다.The gain amplification range is determined according to channel state information (hereinafter referred to as CSI) of data received by the repeater.
상기 OFDM 변조기(110) 중 부호화모듈은 상기 AF모듈(114)로부터 제공받은 데이터를 MCS(Modulation & Coding Scheme) 레벨 정보에 맞게 해당 부호율과 해당 변조 방식에 의해 부호화하여 상기 OFDM 모듈로 제공한다. 여기서, 상기 변조방식으로는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM(16Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM 등을 사용할 수 있다. The coding module of the
상기 OFDM 변조모듈은 상기 부호화모듈로부터 제공되는 데이터를 역 고속 푸 리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform)하여 시간 영역의 샘플데이터(OFDM심볼)를 출력하여 상기 디지털/아날로그 변환모듈로 제공한다.The OFDM modulation module performs an inverse fast Fourier transform on the data provided from the coding module and outputs sample data (OFDM symbols) in the time domain to the digital / analog conversion module.
상기 디지털/아날로그 변환모듈은 상기 OFDM 변조모듈로부터 샘플데이터를 아날로그 신호로 변환하여 RF처리기(112)로 제공한다.The digital / analog conversion module converts sample data from the OFDM modulation module into an analog signal and provides it to the
상기 RF처리기(112)는 상기 OFDM 변조기(110)로부터의 아날로그 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 안테나를 통해 전송한다.The
RF스위치(130)는 상기 안테나를 통해 수신되는 수신신호를 상기 수신장치로 연결하고, 데이터를 송신할 경우에는 송신 장치와 안테나를 연결하여 상기 데이터를 송신할 수 있도록 한다. The
도 2는 기존의 DF방식을 사용하는 OFDM 기반의 중계기를 도시한 것이다. 이하 설명은 직교주파수 분할 다중(Orthogonal Frequency Division Multiplexing : 이하, OFDM라 칭함) 방식을 예를 들어 설명하며, 시분할 복신(Time Division Duplex)을 사용하는 코드 분할 다중 접속(Code Division Multiple Access) 혹은 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access)에도 적용 가능하다.2 illustrates an OFDM-based repeater using a conventional DF scheme. In the following description, an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (hereinafter, referred to as OFDM) scheme is described as an example, and code division multiple access or time division multiplexing using time division duplex is illustrated. It is also applicable to a connection (Time Division Multiple Access).
상기 도 2를 참조하면, 상기 수신 장치는, RF(Radio Frequency)처리기(122), OFDM 복조기(120), 검출기(240), 복호화기(270), 버퍼(280)를 포함하여 구성되고, 상기 OFDM 복조기(120)에는 아날로그/디지털 변환모듈(Analog/Digital Converter), OFDM복조모듈, 복호화모듈이 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 2, the reception apparatus includes a radio frequency (RF)
RF처리기(122)는 안테나를 통해 수신되는 RF(Radio Frequency)신호를 기저대역 아날로그 신호로 변환한다. The
상기 OFDM 복조기(120)의 아날로그/디지털 변환모듈은 상기 RF처리기(122)로부터 제공되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 상기 OFDM 복조모듈로 제공하고, 상기 OFDM 복조모듈은 상기 아날로그/디지털 변환 모듈로부터 제공되는 시간 영역 샘플데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)하여 주파수 영역의 데이터를 출력하여 복호화모듈로 제공한다.The analog / digital conversion module of the
상기 복호화모듈은 상기 OFDM 복조모듈로부터 제공되는 데이터를 해당 복조 방식과 미리 정해진 부호율로 복호화하여 해당 비트열로부터 데이터를 복호화한 후 상기 검출기(240)에 제공한다.The decoding module decodes the data provided from the OFDM demodulation module at a corresponding demodulation scheme and a predetermined code rate, and decodes the data from the corresponding bit string to provide the
상기 검출기(240)는 제공받은 데이터가 CSI에 기반한 데이터인지의 여부를 검사한다.The
상기 복호화기(270)은 상기 검출기(240)가 CSI에 기반한 데이터의 수신을 검출한 후, 상기 검출기(240)로부터 제공받은 데이터가 송신측이 채널코딩(Channel Coding)을 수용한 데이터이면 상기 데이터를 상기 채널코딩을 이용하여 복호화하고 상기 버퍼(280)에 저장한다. The
상기 송신 장치는, RF(Radio Frequency)처리기(112), OFDM 변조기(110), 부반송파 심볼매핑기(230), 부호화기(260)을 포함하여 구성되고, 상기 OFDM 변조기(110)에는 디지털/아날로그 변환모듈, OFDM변조모듈, 부호화모듈을 포함하여 구성된다.The transmission apparatus includes a radio frequency (RF)
먼저, 상기 부호화기(260)는 상기 버퍼(280)에서 로딩(Loading)한 데이터가 상기 복호화기(270)가 복호화한 데이터일 경우, 상기 데이터를 다시 부호화하고 상 기 부반송파 심볼매핑기(230)로 제공한다.First, when the data loaded from the
상기 부반송파 심볼매핑기(230)는 상기 부호화기(124)로 부터 제공받은 데이터를 부반송파에 대해 매핑한 후, 상기 매핑한 데이터를 병렬로 배치하고 OFDM 변조기(110)로 제공한다. .The
상기 OFDM 변조기(110) 중 부호화모듈은 상기 부호화기(124)로부터 제공받은 데이터를 MCS 레벨 정보에 맞게 해당 부호율과 해당 변조 방식에 의해 부호화하여 상기 OFDM 모듈로 제공한다. 여기서, 상기 변조방식으로는 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM(16Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM 등을 사용할 수 있다. The encoding module of the
상기 OFDM 변조모듈은 상기 부호화모듈로부터 제공되는 데이터를 역 고속 푸리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform)하여 시간 영역의 샘플데이터(OFDM심볼)를 출력하여 상기 디지털/아날로그 변환모듈로 제공한다.The OFDM modulation module performs inverse fast Fourier transform on the data provided from the coding module and outputs sample data (OFDM symbols) in the time domain to the digital / analog conversion module.
상기 디지털/아날로그 변환모듈은 상기 OFDM 변조모듈로부터 샘플데이터를 아날로그 신호로 변환하여 RF처리기(112)로 제공한다.The digital / analog conversion module converts sample data from the OFDM modulation module into an analog signal and provides it to the
상기 RF처리기(112)는 상기 OFDM 변조기(110)로부터의 아날로그 신호를 RF(Radio Frequency) 신호로 변환하여 안테나를 통해 전송한다.The
RF스위치(130)는 상기 안테나를 통해 수신되는 수신신호를 상기 수신장치로 연결하고, 데이터를 송신할 경우에는 송신 장치와 안테나를 연결하여 상기 데이터를 송신할 수 있도록 한다. The
상기 변조기(260)의 변조기능과 복조기(270)의 복조기능은 반드시 수행해야 하는 기능이 아니라 선택적인 기능이고 본 발명에서는 선택적인 상기 변조기(260)와 복조기(270)를 점선으로 표시한다.The modulation function of the
상기 AF 기술은 상기 송신측으로부터 중계기까지 신호잡음에 크게 영향을 받고, 상기 DF기술은 상기 송신측으로부터 중계기까지 신호전달의 정확도에 크게 영향을 받는다. 또한, 상기 중계기를 이용한 방식이 직접전송을 이용한 방식에 비해 성능향상이 없을 수도 있다.The AF technique is greatly influenced by the signal noise from the transmitting side to the repeater, and the DF technique is greatly influenced by the accuracy of signal transmission from the transmitting side to the repeater. In addition, the method using the repeater may not have a performance improvement compared to the method using the direct transmission.
따라서, 상기 주파수 선택적인 환경에서 상기 AF기술과 DF기술을 사용하는 혼종 포워딩(Hybrid Forwarding)에서 어떤 포워딩방식을 사용할지에 대한 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a description of what forwarding scheme to use in hybrid forwarding using the AF technique and the DF technique in the frequency selective environment.
따라서, 본 발명의 목적은 직교주파수 다중분할방식 네트워크에서 협력적중계방식을 이용한 혼종 포워딩 장치 및 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a hybrid forwarding apparatus and method using a cooperative relay method in an orthogonal frequency multi-division network.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 장치는 직교주파수 다중분할방식 네트워크에서 중계기를 이용하여 데이터를 전송하기 위한 중계기의 혼종 포워딩(Hybrid Forwarding)장치에 있어서, 송신 포워딩 방식을 결정하기 위한 포워딩 구조 선택기와, AF(Amplify and Forward) 방식 사용시, 상기 포워딩 구조 선택기로부터 제공받은 데이터를 증폭하는 AF부와, DF(Decode and Forward) 방식 사용시, 상기 포워딩 구조 선택기로부터 제공받은 데이터를 복호화 하고 부호화하는 DF부와, 상기 AF부와 DF부의 출력데이터를 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)변조기로 제공하기 위한 멀티플렉서(Multiplexer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus of the present invention for solving the above problems is a hybrid forwarding apparatus of a repeater for transmitting data using a repeater in an orthogonal frequency multiplexing network, the forwarding structure selector for determining a transmission forwarding scheme and An AF unit for amplifying data received from the forwarding structure selector when using an AF and a DF unit for decoding and encoding data provided from the forwarding structure selector when using a decode and forward method. And a multiplexer for providing output data of the AF unit and the DF unit to an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulator.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 방법은 직교주파수 다중분할방식 네트워크에서 중계기를 이용하여 데이터를 전송하기 위한 중계기의 혼종 포워딩(Hybrid Forwarding)방법에 있어서, 제공받은 데이터의 CSI를 기반으로 AF방식, DF방식, 상기 중계기를 사용하지 않는 직접전송방식의 비트에러확율을 각각 계산하는 과정과, 상기 각각의 비트에러확율을 계산한 후, 상기 AF방식의 비트에러 확율이 가장 낮을 경우 AF 방식을 사용하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The method of the present invention for solving the above problems is a hybrid forwarding method of a repeater for transmitting data using a repeater in an orthogonal frequency multiplexing network, the AF method based on the CSI of the received data, Calculating the bit error probability of the direct transmission method without using the DF method and the repeater, and after calculating the respective bit error probability, the AF method is used if the bit error probability of the AF method is the lowest It characterized in that it comprises a process.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 본 발명은 직교주파수 다중분할방식 네트워크에서 협력적 중계를 위한 혼종 포워딩 장치 및 방법에 대해 설명할 것이다.The present invention will now be described with respect to hybrid forwarding apparatus and method for cooperative relaying in an orthogonal frequency multi-division network.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 네트워크 구조를 도시한 것이다.3 illustrates a network structure according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3을 참조하면, 본 발명은 하나의 안테나를 가진 단말을 가정하고 순방향 링크에 집중하여 설명할 것이다. 송신노드(Source)(310)는 기지국을 수신노드(Destination)(330)은 단말을 나타낸다. 중계기(320)는 상기 송신노드가 전송한 신호를 상기 수신노드(330)로 전송한다.Referring to FIG. 3, the present invention assumes a terminal having one antenna and focuses on the forward link. A transmitting node (Source) 310 represents a base station, and a receiving node (Destination) 330 represents a terminal. The
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 시분할 전송에 따른 채널을 도시한 것이다.4 illustrates a channel according to time division transmission according to an embodiment of the present invention.
상기 도 4를 참조하면, 인덱스 n( )은 송신노드(310)에 의해 전송된 OFDM 심볼(symbol)을 나타낸다.Referring to FIG. 4, index n ( ) Denotes an OFDM symbol transmitted by the transmitting
홀수 타임슬롯 동안, 송신노드(310)는 모든 부반송파에 대한 심볼을 전송하고, 중계기(320)와 송신노드(330)는 상기 심볼을 수신한다. 짝수 타임슬롯 동안, 상기 송신노드(310)는 전송을 중단하고 상기 중계기(320)는 지난 타임슬롯동안 수신한 심볼을 포워딩한다. During odd timeslots, transmitting
본 발명에서 상기 중계기(320)는 모든 부반송파에 대한 심볼을 포워딩(Forwarding)한다고 가정한다. 상기 짝수타임슬롯 동안에는 상기 수신노드(330)만이 상기 중계기(320)가 포워딩한 심볼을 수신한다. 상기와 같은 채널구성은 가상수신 다이버시티 채널을 구성할 수 있다.In the present invention, it is assumed that the
본 발명에서는 AF, DF, 직접전송 구조를 비교하기 위해 직접전송의 경우와 중계기를 이용한 경우에 있어서, 데이터 전송율과 총 전송 전력이 서로 같다고 가정한다.In the present invention, it is assumed that the data transmission rate and the total transmission power are the same in the case of the direct transmission and the case of using the repeater to compare the AF, DF, and direct transmission structures.
또한, 상기 직접전송 방식에서는 BPSK(Binary Phase Shift Keying) 변조를 사용하고, 상기 송신노드(310)가 짝수타임 슬롯과 홀수타임 슬롯 모두 심볼을 전송 한다. 그리고 상기 중계기(320)를 이용한 방식에서는 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조를 사용한다.In addition, in the direct transmission scheme, Binary Phase Shift Keying (BPSK) modulation is used, and the transmitting
상기 도 3과 4의 구조의 시스템에서 혼종 포워딩 알고리듬은 하기와 같다.The hybrid forwarding algorithm in the system of the structures of FIGS. 3 and 4 is as follows.
중계기(320)는 S->D, R->D, 그리고 S->R 사이의 모든 부 반송파에 대한 심볼의 SNR(ignal to Noise Ratio)를 알고 있다고 가정한다. 상기 SNR정보는 가상 다이버시티 채널을 통해 상기 중계기(320)으로 전달된다. It is assumed that the
상기 S는 송신노드(310), R은 중계기(320), D(330)은 수신노드(330)을 나타낸다. 따라서, 상기 S->D 는 송신노드(310)에서 수신노드(330) 사이의 링크, 상기 R->D는 중계기(320)에서 수신노드(330)사이의 링크, 그리고 상기 S->R는 송신노드(310)에서 중계기(320) 사이의 링크를 나타낸다.S denotes a transmitting
상기 SNR정보를 기반으로 상기 중계기(320)는 상기 AF, DF, 직접전송방식에 관련한 부 반송파에 대한 심볼의 비트에러확율(Bit Error Probability)를 계산한다. Based on the SNR information, the
하기 수학식 1은 상기 중계기(320)가 AF방식을 사용시의 비트에러확율을 나타낸다.
상기 수학식 1에서 함수 Q()는 QPSK 변조를 나타낸다. In
하기 수학식 2는 상기 중계기(320)가 DF방식을 사용시의 비트에러확율을 나타낸다.
상기 수학식 2에서 함수 Q()는 QPSK 변조를 나타낸다.In
하기 수학식 3은 상기 중계기(320)의 개입이 없는 직접전송방식을 사용시의 비트에러확율을 나타낸다.Equation 3 below shows the bit error probability when using the direct transmission method without the intervention of the
상기 수학식 3에서 함수 Q()는 QPSK 변조를 나타낸다.In Equation 3, the function Q () represents QPSK modulation.
하기 수학식 4는 혼종 포워딩방식과 직접전송방식을 같이 사용 시, 가장 작은 비트에러확율을 나타낸다.
상기 수학식 1, 2, 3에서 , ,그리고 는 각각 S->R, S->D, 그리고 R->D 사이의 부 반송파에 대한 심볼의 SNR을 나타낸다. In
와 를 상기 송신노드(310)와 중계기(320)에서의 평균전송전력이라고 할 경우, QPSK 심볼당 평균 총 전송전력은 하기 수학식 5와 같다. Wow When the average transmission power in the transmitting
상기 수학식 5에서 는 심볼주기를 나타내고 1/2이 곱해진 것은 상기 송신노드(310) 과 중계기(320)는 각각 전체 전송시간의 반만 전송하기 때문이다.In
상기 와 는 상기 중계기(320)에서의 어떠한 송신전력의 증가에서도 선형적으로 같이 증가한다. 직접전송방식과 비교하기 위해 상기 중계기(320)에서의 전력증가로 인한 상기 의 증가의 효과는 상기 수학식 3과 같이 직접전송모드에서 동작하는 수신노드(330)의 송신전력에 반영되어야 한다.remind Wow Increases linearly with any increase in transmit power at the
상기 중계기(320)가 특정 부 반송파에 대한 심볼에 적용하기 위한 가장 작은 비트에러확율을 가지는 포워딩 구조를 선택하는 방법은 하기와 같다.A method of selecting the forwarding structure having the smallest bit error probability for the
만약, 이면, 상기 중계기(320)는 특정 부반송파에 대한 심볼에 AF방식을 사용한다.if, In this case, the
만약, 이면, 상기 중계기(320)는 특정 부반송파에 대한 심볼에 DF방식을 사용한다.if, In this case, the
만약, 이면, 상기 중계기(320)는 중계기능을 중지한다.if, If so, the
상기 중계기(320)는 각각의 부 반송파에 대한 포워딩 방식의 종류를 수신노드(330)으로 알린다. 하지만, 상기 포워딩 방식의 변경에 대한 통지는 상기 포워딩 방식이 바뀔 때만 필요하다. 그리고 상기 포워딩 방식의 변경 사실을 전달받은 상기 수신노드(330)는 전달받은 상기 포워딩 방식을 사용한다.The
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계기에서의 각각의 부 반송파에 대해 혼종 포워딩 방식을 사용할 경우를 도시한 것이다.FIG. 5 illustrates a case where a hybrid forwarding scheme is used for each subcarrier in a repeater according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 도 5를 참조하면, m 슬롯에서는 각각의 부 반송파에 대한 심볼은 S-R, S->D, R->D 링크에 대해 독립적인 SNR을 가지고 있기 때문에, 상기 중계기(320)는 가장 적합한 방식을 선택한다. 소정시간 경과 후, l 슬롯에서 상기 중계기는 상기 과정을 반복한다.Referring to FIG. 5, since the symbols for each subcarriers in the m slots have independent SNRs for the SR, S-> D, and R-> D links, the
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중계기의 구성을 도시한 것이다.6 illustrates a configuration of a repeater according to an embodiment of the present invention.
상기 도 6을 참조하면, 포워딩 구조 선택기(650)는 OFDM 복조기(120)가 제공한 각각의 부 반송파에 대한 심볼의 CSI를 기반으로 비트에러확율을 계산한 후 적합한 포워딩방식을 결정하여 해당 포워딩 블록으로 전송한다.Referring to FIG. 6, the forwarding
DF부(668)은 DF방식 사용시 부반송파 심볼매핑기(662), 변/복조기(664), 검출기(660)을 포함하고 DF 포워딩을 위해 변/복조 기능을 한다.The
상기 부반송파 심볼매핑기(662), 변/복조기(664), 검출기(660)는 도 2에서의 해당 장치와 기능이 동일하다.The
AF부(680)은 AF방식 사용시 상기 OFDM 복조기(120)가 제공한 부 반송파를 증폭한다.The
멀티플렉서(690)은 버퍼(670)에 저장된 부 반송파에 대한 심볼을 멀티플렉싱한 후 OFDM변조기(110)으로 전송한다.The multiplexer 690 multiplexes the symbols for the subcarriers stored in the buffer 670 and transmits the symbols to the
OFDM변조기(110), OFDM복조기(120), RF처리기(112, 122), 그리고 RF스위치(130)의 기능은 상기 도 1의 해당장치와 그 기능이 같다.The functions of the
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수신노드의 구성을 도시한 것이다.7 illustrates a configuration of a receiving node according to an embodiment of the present invention.
상기 도 7을 참조하면, 최대효율병합부(740)는 중계기가 전달한 포워딩방식을 기반으로 부 반송파에 대한 심볼의 병합방식을 결정한다. 이때 CSI를 참조할 수도 있다.Referring to FIG. 7, the
검출기와복호화기(750)은 제공받은 데이터가 채널코딩(Channel Coding)을 수용한 부 반송파에 대한 심볼이면 상기 채널코딩을 이용하여 복호화한다.The detector and
부반송파심볼매핑기(730)는 제공받은 데이터를 부 반송파에 대해 매핑한후 병렬로 배치하고 OFDM 변조기(110)으로 제공한다.The
OFDM변조기(110), OFDM복조기(120), RF처리기(112, 122), 그리고 RF스위치(130)의 기능은 상기 도 1의 해당장치와 그 기능이 같다.The functions of the
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신노드의 구성을 도시한 것이다.8 illustrates a configuration of a transmitting node according to an embodiment of the present invention.
부호화기(870)는 제공받은 데이터를 채널코딩을 이용하여 부호화한 후, 심볼매핑기(850)로 제공한다The
심볼매핑기(850)는 상기 부호화기(870)으로부터 제공받은 데이터를 부반송파 에 대해 매핑하고 직렬/병렬 변환기(830)으로 제공한다. The
직렬/병렬 변환기(Serial/Parallel Converter)는 상기 심볼매핑기(850)에서 제공한 데이터를 병렬데이터로 변환하고 OFDM변조기(110)으로 제공한다.The serial / parallel converter converts the data provided by the
수신기(840)는 OFDM복조기(120)으로부터 제공받은 데이터를 수신한 후, 복조화기(860)로 전달한다.The
복호화기(860)는 제공받은 데이터가 채널코딩(Channel Coding)을 수용한 데이터이면 상기 데이터를 상기 채널코딩을 이용하여 복호화한다The
OFDM변조기(110), OFDM복조기(120), RF처리기(112, 122), 그리고 RF스위치(130)의 기능은 상기 도 1의 해당장치와 그 기능이 같다.The functions of the
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 중계기의 동작흐름을 도시한 것이다,9 illustrates an operation flow of a repeater according to an embodiment of the present invention.
상기 도 9를 참조하면, 상기 중계기(320)는 905단계에서 송신노드(310)로 부터 부 반송파에 대한 심볼을 수신하여 910단계에서 상기 부 반송파에 대한 , ,그리고 를 구한다. Referring to FIG. 9, the
이후, 915단계로 진행하여 상기 수학식 1, 2, 3을 이용하여 를 구한다. Thereafter, the process proceeds to step 915 using the equations (1), (2) and (3). Obtain
이후, 920단계로 진행하여 상기 915단계에서 구한 값을 기반으로 상기 수학식 4를 이용하여 를 구한다.Thereafter, the process proceeds to step 920 using the equation (4) based on the value obtained in
이후, 925단계로 진행하여 이면, 상기 중계기(320)는 930단계로 진행하여 특정 부반송파의 심볼에 대해 AF방식을 사용한다.After that, proceed to step 925 In
만약, 935단계에서 이면, 상기 중계기(320)는 940단계로 진행하여 특정 부반송파의 심볼에 대해 DF방식을 사용한다.If at 935 In
만약, 상기 935단계에서 일 경우는 , 와 같으므로 상기 중계기(320)는 945단계로 진행하여 중계기능을 사용하지 않고 본 발명에 따른 알고리듬을 종료한다.If, in
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 수신노드의 동작흐름을 도시한 것이다.10 illustrates an operation flow of a receiving node according to an embodiment of the present invention.
상기 도 10을 참조하면, 상기 수신노드(330)는 1005단계에서 중계기(320)로부터 포워딩방식을 수신한 경우, 1010단계로 진행하여 상기 방식이 AF방식인지 검사한다.Referring to FIG. 10, when the receiving
상기 1010단계에서 AF방식인 경우, 상기 수신노드(330)은 1015단계로 진행하여 AF방식을 적용한다.In the case of the AF method in
만약, 상기 1010단계에서 AF방식이 아닐 경우, 1020단계로 진행하여 상기 방식이 DF방식인지 검사한다. If it is not the AF method in
상기 1010단계에서 DF방식인 경우, 상기 수신노드(330)은 1025단계로 진행하여 DF방식을 적용한다.In the case of the DF method in
만약, 상기 1030단계에서 DF방식이 아닐 경우, 상기 수신노드(330)은 1030단 계로 진행하여 송신노드(310)로부터 데이터를 직접 수신하고 본 발명에 따른 알고리듬을 종료한다.If the DF method is not performed in
상기 중계기(320)가 혼종 포워딩 방식을 적용하면서 AF 또는 DF 방식을 적용함에 따라 지연시간이 발생하게 되는데 AF 방식을 적요함에 따라 발생하는 지연시간을 , DF 방식을 적요함에 따라 발생하는 지연시간을 라고 정의한다.As the
상기 중계기(320)에서 동기를 맞추기 위해서는 가드타임(Guard Time)이 필요하다. 상기 가드타임은 송신노드(310)가 전송을 완료하는 순간부터 중계기(320)가 포워딩을 시작하는 순간까지의 시간을 나타낸다. 따라서, 상기 가드타임은 상기 와 보다 커야 한다.Guard time is required to synchronize the
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 OFDM 시스템에서의 순방향 링크 역방향 링크 전송의 예를 도시한 것이다.11 illustrates an example of forward link reverse link transmission in an OFDM system according to an embodiment of the present invention.
상기 도 11을 참조하면, 각각의 순방향 링크 프레임 및 역방향 링크 프레임에는 수 개의 OFDM 심볼이 있다. 상기와 같은 경우 중계기(320)는 역방향 링크 프레임이 전송된 후, 상기 순방향링크 프레임 전송을 시작한다. Referring to FIG. 11, there are several OFDM symbols in each forward link frame and reverse link frame. In this case, the
상기와 같은 경우, 상기 중계기(320)는 역방향 링크 프레임 전송시간을 다른 포워딩 방식에 사용하는 부 반송파의 전송을 위한 동기화작업에 사용할 수 있다.In such a case, the
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이 다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described. However, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined not only by the scope of the following claims, but also by the equivalents of the claims.
상술한 바와 같이 본 발명은, 중계기가 통신링크 상의 SNR을 기반으로 비트에러확율을 구하여 전송방식을 결정한다. 따라서, 비트에러확율에 기반하여 더 적합한 포워딩방식을 선택하여 사용할 수 있으므로, 더 낮은 비트에러확율을 가지는 통신링크 와 더 높은 전송율을 얻는 이점이 있다.As described above, in the present invention, the repeater determines a transmission method by obtaining a bit error probability based on the SNR on the communication link. Therefore, since a more suitable forwarding scheme can be selected and used based on the bit error probability, there is an advantage of obtaining a communication link having a lower bit error probability and a higher transmission rate.
상기 방식에 대해 이론적인 결과와 모의실험의 결과는 하기와 같다. 하기 모의실험을 위한 환경은 하기 표 1과 같다.Theoretical and simulation results for the above scheme are as follows. The environment for the following simulation is shown in Table 1 below.
상기 표 1에서 , , 는 각각의 링크에 대한 RMS(Root Mean Square) 지연확산(Delay Spread)을 나타낸다. 주파수 선택적(Frequency Selective)이고, 상호 독립적인 (Mutually Independant) 채널이 각각의 링크에서 고려되었다. 는 반송주파수의 수에 대한 코헤런스 대역폭(Coherence Bandwidht)를 나타낸다.In Table 1 above , , Denotes the root mean square (RMS) delay spread for each link. Frequency Selective and Mutually Independant channels were considered on each link. Denotes a coherence bandwidth for the number of carrier frequencies.
도 12는 혼종 포워딩 방식과 직접전송 방식의 성능을 비교한 그래프이다. 는 기대값을 나타낸다. 즉 는 S->D 링크상의 부 반송파의 심볼에 대한 비트에러확율의 기대값을 나타낸다. 그리고, 상기 , , 는 S->R 링크, S->D 링크, R->D 링크상의 SNR값을 나타낸다. 세로축은 비트에러확율을 나타낸다.12 is a graph comparing the performance of the hybrid forwarding method and the direct transmission method. Indicates the expected value. In other words Denotes the expected value of the bit error probability for the symbol of the subcarrier on the S-> D link. And the above , , Denotes the SNR values on the S-> R link, S-> D link, and R-> D link. The vertical axis represents the bit error probability.
도 12a)는, 과 이 5dB 이고 가 15dB 일 경우의 기대값을 나타낸 것이다. 12a), and Is 5dB Expected value when is 15dB.
상기 도 12a)를 참고하면, 본 발명의 혼종 포워딩 방식은 비트에러확율이 1/100 구간에 대해 기존의 AF 방식 또는 DF 방식만을 사용한 경우보다 12dB 정도의 이득이 있다.Referring to FIG. 12A), the hybrid forwarding scheme of the present invention has a gain of about 12dB over a 1 / 100-bit bit error probability compared to the case of using only the conventional AF or DF scheme.
도 12b)는, , , 모두 20dB 일경우의 기대값을 나타낸 것이다. 12b), , , In all cases, the expected value is 20 dB.
상기 도 12a)를 참고하면, 본 발명의 혼종 포워딩 방식은 비트에러확율이 3/1000 구간에 대해 기존의 AF 방식만을 사용한 결과에 비해서는 13dB, DF 방식만을 사용한 결과에 비해서는 13dB 보다 훨씬 큰 이득을 얻을 수 있다.12a), the hybrid forwarding scheme of the present invention has a bit error probability of 13 dB compared to the result of using only the conventional AF method for the 3/1000 section and much more than 13 dB compared to the result using only the DF method. Can be obtained.
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