KR100782905B1 - 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템 - Google Patents

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Abstract

시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시공간 협동 다이버시티 중계 통신시스템은, 원 단말(source terminal), 목적 단말(destination terminal) 및 다수의 중계 단말 그룹을 구비하는 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템에 있어서, 중계 단말 그룹이, 시공간 코딩 방식에 필요한 M개의 단말 이외에 상기 M개의 단말 가운데 신호 상태가 상대적으로 양호한 단말을 신호 전송용 단말로 선택하기 위한 N개의 추가 단말을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
시공간 협동 다이버시티, 중계 통신, 관리 단말, 보조 단말, BER, FER

Description

시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템{Space-time coded cooperative diversity relaying communication system}
도 1은 종래 시공간 협동 다이버시티 중계 시스템을 나타낸 설명도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 협동그룹에 1개씩의 관리 중계단말을 추가한 3-hop 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템을 나타낸 설명도이다.
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 각 협동그룹에 1개씩의 보조 중계 단말을 추가한 3-hop 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템을 나타낸 설명도이다.
도 3a는　관리 및/또는 보조 단말이 추가된 경우의 시공간 협동 다이버시티 중계 통신의 재생(regenerative) 방식을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3b는 관리 및/또는 보조 중계단말이 추가된 경우의 시공간 협동 다이버시티 중계 통신의 비재생(non-regenerative) 방식을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 관리 단말을 구비하는 중계 단말 그룹에 있어 각각의 단말들 사이의 교신 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 보조 단말을 구비하는 중계 단말 그룹에 있어 각각의 단말들 사이의 교신 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6a는 관리 단말이 추가된 중계 단말 그룹 내에서의 TDMA 방식에 따른 통신 방식을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6b는 보조 단말이 추가된 중계 단말 그룹 내에서의 TDMA 방식에 따른 통신 방식을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 발명은 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 2004년 Tsuyoshi Miyano 등이 제안한 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 방식 및 그를 채용한 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템에 있어서, 디지털 데이터 전송의 BER(bit error rate) 및 FER(frame error rate) 등의 성능 특성을 크게 향상시킨 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템에 관한 것이다.
종래의 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템은, 도 1과 같이, 시공간 전송 방식의 종류에 따라 다수개의 중계 단말들이 하나의 중계 단말 그룹 내에 협동 그룹을 구성함으로써, 원 단말(source terminal)에서 목적 단말(destination terminal)까지의 사이에 구비된 중계 단말 그룹들 내의 시공간 코딩된 단말들을 통해 통신이 이루어진다.　　이때 각각의 중계 단말들은 1개의 안테나를 구비한다.　　
도 1은 종래의 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템을 나타낸 설명도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템은 첫 번째 단계로, 원 단말(source terminal)에서 다음 중계 단말 그룹으로 동시에 같은 신호를 오류 정정(error correction) 기술을 적용하여 프레임 단위로 전송한다.　　
두 번째 단계로, 비재생(non-regenerative) 방식에서는 각 중계 단말이 수신 신호를 동일한 전력을 갖도록 신호의 전력을 제어하여 다음 중계 단말 그룹으로 재전송한다. 재생(regenerative) 방식에서는 각 중계 단말이 수신 신호를 복조하고 심벌을 판정한 다음 다시 그 심벌을 전송한다.
이때, 반드시 중계 단말 그룹 내의 중계 단말들 사이에는 교신을 통해 전력 제어의 정도와 프레임 에러 여부 등의 정보가 공유되어야 한다.
전력 제어는 시공간 전송을 위해서 반드시 동일한 전력으로 신호를 송신하기 위함이며, 프레임 에러 여부는 에러 발생된 정보를 재전송할 경우 추가적인 에러를 발생시킬 여지가 있으므로, 시공간 전송이 유효하지 않을 수 있어 이를 보정하여 중계 전송하기 위함이다.
세 번째 단계로, 중계 전송받은 중계 단말 그룹은 시공간 코딩된 신호를 전송받으므로, 해당 신호에 적용된 시공간 코딩 방식에 따른 디코딩을 통하여 복조 및 심벌 판정을 한 후, 다시 다음 중계 단말 그룹 또는 목적 단말(destination terminal)로 중계 전송한다. 이때, 중계 단말 간의 전력 제어의 정도와 프레임 에 러 여부 등의 정보가 공유되어야 함은 마찬가지이다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 종래의 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템을 이용한 통신은, 어느 중계 단말 그룹에서 프레임 에러가 발생하거나, 페이딩과 같은 잡음으로 인해 기준 이상의 큰 손실이 신호에 발생할 경우, 전체적인 시공간 전송이 유효하지 않게 될 수 있다는 문제가 있다.　　
그리고 이와 같은 문제점은 데이터의 수신 에러율을 증가시키는 요인이 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 시공간 전송을 위한 통상의 단말 이외에 1개 이상의 관리 및/또는 보조 중계 단말을 추가적으로 구비함으로써, 전송받은 신호의 상태가 상대적으로 우수한 단말을 선별하여 이를 통해 시공간 전송을 수행할 수 있도록 하여, 결국, 디지털 데이터 전송의 BER(bit error rate) 및 FER(frame error rate) 등의 통신 특성을 크게 향상시킨 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템은, 원 단말(source terminal), 목적 단말(destination terminal) 및 다수의 중계 단말 그룹을 구비하는 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템에 있어서, 중계 단말 그룹이, 시공간 코딩 방식에 필요한 M개의 단말 이외에 상기 M개의 단말 가운데 신호 상태가 상대적으로 양호한 단말을 신호 전송용 단말로 선택하기 위한 N개의 추가 단말을 포함하여 구성될 수 있다(단, M 및 N은 자연수).
여기서, 상기 추가 단말은, 상기 M개의 단말들의 신호 상태를 파악하고 이들 가운데 신호 상태가 상대적으로 양호한 단말을 신호 전송용 단말로 선택하기 위한 관리(management) 단말일 수 있는데, 이 경우, 상기 M개의 단말들은 상기 관리 단말에게 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 의해, 해당 단말의 채널 정보 및 프레임 에러 정보를 포함하는 신호 상태 정보를 전송하도록 구성되는 것이 좋다.
또한, 상기 추가 단말은, 상기 M개의 단말들과 해당 단말의 신호 상태 정보를 상호 교환, 파악하고 이들 가운데 신호 상태가 상대적으로 양호한 단말을 신호 전송용 단말로 선출하기 위한 보조(assistance) 단말일 수 있으며, 이 때에는, 상기 보조 단말은 상기 M개의 단말들과 동일한 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.
다시 말해, 본 발명은 관리 단말 및/또는 보조 단말을 중계 단말 그룹에 추가 구비하여, 프레임 에러 또는 채널 이득 등에 있어 상대적으로 양호한 특성을 나타내는 단말에 의해 신호를 전송하도록 하는 방식을 채택함으로써 BER(bit error rate) 및 FER(frame error rate)과 같은 통신 특성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은 1개의 안테나를 가지고 있는 중계 그룹 내의 단말들에 대하여, 원 단말(source terminal)의 데이터를 목적 단말(destination terminal)로 전송할 경우, 시공간 협동 다이버시티 중계 통신(cooperative diversity relaying communication) 방식의 중계 단말 그룹이 시공간 코딩 방식에 필요한 단말(M개)에 1개 이상의 추가 단말(N개)을 더한 (M+N)개의 단말을 구비하도록 함으로써, 이들 단말 가운데 우수한 신호 특성을 나타내는 중계 단말을 신호 전송용 단말로 선택 또는 선출하도록 하는 새로운 통신 방식을 제시한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한 다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 협동그룹에 1개씩의 관리 중계단말을 추가한 3-hop 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템을 나타낸 설명도이고, 도 2b는 각 협동그룹에 1개씩의 보조 중계단말을 추가한 3-hop 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템을 나타낸 설명도이다.
도 2a 및 도 2b에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템은, M개의 중계 단말을 하나의 협동 그룹으로 갖는 중계 단말 그룹에 있어서, M개의 중계 단말 이외에 N개의 추가 단말을 구비하도록 함으로써, 총 (M+N)개의 중계 단말이 하나의 협동 그룹을 이루도록 구성될 수 있다. 여기서, M 및 N은 자연수이다.
도 2a 및 도 2b에는 N =1인 경우, 즉 한 개의 추가 단말이 구비된 중계 단말 그룹을 갖는 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템을 도시하였다.　　
도 3a는　관리 및/또는 보조 단말이 추가된 경우의 시공간 협동 다이버시티 중계 통신의 재생(regenerative) 방식을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3b는 비재생(non-regenerative) 방식을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 도 3a는 재생(regenerative) 방식으로써 decode-and-forward 방식이라고도 하는데, 도면에 도시된 바와 같이, 재생 방식 통신 방법의 첫 번째 단계는 원 단말(source terminal)에서 중계 단말 그룹1에 방송과 같은 형태로 신호 정보를 동 시에 전송하면, 중계 단말 그룹1에 구비된 각각의 단말들은 수신 신호를 복조함으로써 심벌을 판정하는 단계이다.
그러면, 두 번째 단계로 채널 정보 프레임 에러를 판정하고, 세 번째로 해당 협동 그룹 내의 모든 단말들이 서로 간의 교신을 통해 채널 정보 및 프레임 에러 여부 정보 등 송수신함으로써, 상대적으로 우수한 특성을 갖는 단말을 선택 또는 선출한다. 이러한 과정을 파트너링(partnering)이라고도 한다.
네 번째 단계로 선택/선출된 단말들은 각각 신호를 선택/선출된 단말의 개수에 대응되도록 시공간 코딩하며, 다섯 번째 단계로, 코딩된 신호를 다음 중계 단말 그룹에 전달하고 두번째 단계 이후의 과정을 동일하게 진행한다.
이때, 신호의 다음 전달 대상이 목적 단말(destination terminal)일 경우, 목적 단말은 신호를 전달받아 수신된 신호를 복조한다.
도 3b는 비재생(non-regenerative) 방식으로 amplify-and-forward 방식 이라고도 하며, 수신측에서 복조하고 심벌을 판정하는 과정을 수행하지 않고, 수신 신호를 검출 한 후, 전력 제어(power control)를 수행하여 재전송하는 방식이다.
이후, 이와 같은 본 발명에 따른 단말이 추가 구비된 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템에 있어서, 중계 단말 그룹 내에서 중계 단말들 사이의 교신 방식에 대해서는 다음의 도 4 내지 도 6b를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4의 (a)는 1개의 관리 단말을 구비하는 중계 단말 그룹에 있어 각각의 단말들 사이의 교신 방법을 설명하기 위한 개념도이고, 도 4의 (b)는 2개의 관리 단 말을 구비하는 중계 단말 그룹에 있어 각각의 단말들 사이의 교신 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
또한, 도 5는 보조 단말을 구비하는 중계 단말 그룹에 있어 각각의 단말들 사이의 교신 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
그리고, 도 6a는 관리 단말이 추가된 중계 단말 그룹 내에서의 TDMA 방식에 따른 통신 방식을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 6b는 보조 단말이 추가된 중계 단말 그룹 내에서의 TDMA 방식에 따른 통신 방식을 설명하기 위한 흐름도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템은, 상대적으로 우수한 특성을 나타내는 신호를 선별하여 다음의 중계 단말 그룹 등으로 전송한다.
따라서, 해당 중계 단말 그룹 내에서 더욱 우수한 신호 특성 가진 단말을 선별하기 위해서는, 동일 그룹 내의 중계 단말들 사이에 원활한 정보 교환이 이루어지는 것이 좋다. 도 4a 내지 도 5에는 이를 위한 전략에 대한 개념도를 나타내었다.
먼저, 도 4의 (a)를 참조하면, 추가 단말은 관리자와 같은 역할을 하는 관리(management) 단말로써 기능을 수행할 수 있는데, 매 정해진 시간을 나누어 각각 통신하는 TDMA 방식을 적용하여 첫 번째 시간에는 제 1 단말(U1)이 가진 채널 정보 및 프레임 에러 여부에 대한 정보 등을 관리 단말(M1)에게 전달하고, 다음 시간에는 제 2 단말(U1)이 관리 단말(M1)에게 그 정보를 전송하도록 할 수 있다.
즉, 이와 같은 방식에 의해, 제 1 단말(U1)부터 제 4 단말(U4)까지 각각 해 당 단말에 대한 정보를 차례로 전송하게 되면, 관리 단말(M1)은 중계 단말 그룹 내의 모든 단말에 대한 상태 정보를 알 수 있게 되므로, 각각의 단말들로부터 수신받은 해당 단말의 상태 정보 등을 바탕으로 상대적으로 우수한 특성을 나타내는 단말을 선별할 수 있게 되는 것이다. 이와 같은 방식에 의해 전송용 중계 단말이 선택, 지정되면 이 사항을 해당 단말에 전달한다.
이에 따른 각각의 단말들 사이의 정보 전송 등에 대한 관계는 도 6a의 (ㄱ)에 나타내었다.
도 4의 (b)에는 2개의 관리 단말이 구비된 중계 단말 그룹을 도시하였다. 이때 하위 관리 단말(M2)은 각각의 중계 단말에 대한 상태 정보를 수집, 파악하는 기능을 수행하며, 상위 관리 단말(M1)은 하위 관리 단말(M2)로부터 수집된 정보를 전달받아 전송용 중계 단말을 선정하는 등의 기능을 수행할 수 있다.
이에 따른 각각의 단말들 사이의 정보 전송 등에 대한 관계는 도 6a의 (ㄴ)에 나타내었으며, 도 6a의 (ㄷ)에는 중계 단말 그룹 내에 관리 단말이 4개 구비된 경우에 대한 단말 사이의 관계도를 나타내었다.
이어서, 도 5에는 추가 단말이 보조(assistance) 단말로써의 기능을 수행하는 경우를 도시하였다. 이 경우 보조 단말(A1)과 중계 단말(U1 내지 U4)들 사이에는 기능적인 구분없이 동일한 작용을 수행하도록 설정될 수 있다.
이때, 중계 단말 그룹 내의 단말들 사이 교신 방법은 도 6b의 (ㄱ)에 도시된 바와 같다.
즉, 제 1 단말(U1)이 자신의 현재 상태 정보를 다른 단말들(U2 내지 U4, A1)에게 동시에 전달하면, 순차적으로 다음 단말들(U2 내지 U4, A1)이 자신의 상태 정보를 자신 이외의 모든 단말에게 전달하게 된다. 따라서, 이때에도 각 단말들 사이의 교신은 TDMA 방식에 의해 이루어지는 것이 좋다.
이상의 과정을 통해 해당 중계 단말 그룹 내의 모든 단말(U1 내지 U4, A1)이 모두 자신의 상태 정보를 1회 이상 전송하여 단말 상호 간에 서로의 상태 정보를 알게 되면, 이후, 단말들 각각이 서로의 상태 정보를 비교, 판단하여 상대적으로 상태가 우수한 단말을 전송용 중계 단말로 선출할 수 있다.
도 6b의 (ㄴ)에는 중계 단말 그룹 내에 2개의 보조 단말이 구비된 경우의 단말 사이 신호 전송 관계도를 나타내었고, 도 6b의 (ㄷ)에는 4개의 보조 단말이 구비된 경우를 나타내었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템에 따 르면, 시공간 전송을 위한 통상의 단말 이외에 1개 이상의 관리 및/또는 보조 중계 단말을 추가할 수 있게 되었다.
이에 따라, 전송받은 신호의 상태가 상대적으로 우수한 단말을 선별하여 이를 통해 시공간 전송을 수행할 수 있게 됨으로써, 디지털 데이터 전송의 BER(bit error rate) 및 FER(frame error rate) 등의 통신 특성을 획기적으로 향상 시킬 수 있게 되었다는 등의 장점이 있다.

Claims (5)

  1. 원 단말(source terminal), 목적 단말(destination terminal) 및 다수의 중계 단말 그룹을 구비하는 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템에 있어서,
    상기 중계 단말 그룹은, 시공간 코딩 방식에 필요한 M개의 단말 이외에 상기 M개의 단말 가운데 신호의 비트 에러율(BER) 또는 프레임 에러율(FER)이 작은 단말을 신호 전송용 단말로 선택하기 위한 N개의 추가 단말을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템 (단, M 및 N은 자연수).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 추가 단말은, 상기 M개의 단말들의 신호 상태를 파악하고 이들 가운데 신호의 비트 에러율(BER) 또는 프레임 에러율(FER)이 작은 단말을 신호 전송용 단말로 선택하기 위한 관리(management) 단말인 것을 특징으로 하는 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 M개의 단말들은 상기 관리 단말에게 시분할 다중 접속(TDMA) 방식에 의해, 해당 단말의 채널 정보 및 프레임 에러 정보를 포함하는 신호 상태 정보를 전 송하는 것을 특징으로 하는 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 추가 단말은, 상기 M개의 단말들과 해당 단말의 신호 상태 정보를 상호 교환, 파악하고 이들 가운데 신호의 비트 에러율(BER) 또는 프레임 에러율(FER)이 작은 단말을 신호 전송용 단말로 선출하기 위한 보조(assistance) 단말인 것을 특징으로 하는 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 보조 단말은 상기 M개의 단말들과 동일한 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 시공간 협동 다이버시티 중계 통신 시스템.
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