KR100888730B1

KR100888730B1 - Ｄｆ 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법 및 그장치

Info

Publication number: KR100888730B1
Application number: KR1020070004009A
Authority: KR
Inventors: 황덕동; 김응선; 김영두; 안창욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2009-03-17
Also published as: US8199693B2; US20080170512A1; KR20080066503A

Abstract

본 발명은 DF 릴레이 기반 시스템에서 발생할 수 있는 통신 두절(outage) 상태 등의 문제점을 해결하기 위한 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여,소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득하는 단계와, 상기 획득한 채널정보로부터 소스 노드의 전력레벨을 결정하는 단계 및 결정된 전력레벨을 소스와 릴레이로 피드백(Feedback, 되먹임)하는 단계로 되어있다. 또한 피드백 정보의 량에 따라 각각 무한, 유한 피드백의 경우에 대한 전력레벨 결정방식 및 피드백이 전혀 없을 경우 장기 통계치에 따른 전력결정 방법도 포함한다. 가장 현실성이 높은 유한 피드백의 경우, 목적지 노드는 획득한 채널정보로부터 특정 양자화 영역을 판단하는 단계 및 상기 특정 양자화 영역에 대응하는 송신 신호 전력의 정보를 결정하는 단계를 포함하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법을 제공한다.

릴레이, 채널 상태 정보, DF(Decode-Forward)

Description

ＤＦ 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법 및 그 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING POWER IN A DECODE-FORWARD RELAYING SYSTEM}

도 1은 소스 노드, 목적지 노드, 릴레이가 포함된 DF 릴레이 기반 시스템을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 무한 피드백 상태에서,

와

를 각각 축으로 한 송신 신호 전력의 그래프를 예시한 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 유한 피드백 상태에서,

과

를 각각 축으로 한 양자화 영역(quantization region)의 그래프를 예시한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 유한 피드백 상태에서,

와

그리고, 도 5는 본 발명에 의할 경우, 각 상태별 통신 두절 확률(outage probability)이 감소한 그래프를 예시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110: 소스 노드 120: 릴레이

130: 목적지 노드

본 발명은 릴레이 기반 시스템(Relaying System)에 관한 것이다. 보다 상세하세는, DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

상기 릴레이 기반 시스템은, 릴레이 방식을 이용함으로써, 네트워크 노드간의 협력을 통해 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 상기 릴레이 방식은, AF(Amplify-and-Forward)와, DF(Decode-and-Forward)로 나뉘어 진다. 상기 AF는, 릴레이가 수신 신호를 재전송하기 위해 증폭하는 방식이며, 한편, 상기 DF는, 릴레이가 수신 신호를 완전히 디코딩하고, 이를 다시 인코딩 하여 릴레이 전송을 하는 방식을 의미한다.

따라서, 상기 AF 릴레이 방식은, 릴레이 측에서의 디코딩 과정 없이 재전송하는 것이기 때문에, 릴레이가 수신할 때 받은 노이즈(noise)가 재전송되는 과정에서도 증폭이 되는 특징이 있다. 그리고, 상기 DF 릴레이 방식은, 디코딩 과정에서 오류가 발생하면, 인코딩 하여 송신하는 신호에도 오류가 전파(error propagation)되는 특징이 있다. 다만, 상기 AF 릴레이 방식, DF 릴레이 방식 등을 통한 협력 다이버시티(cooperative diversity) 기술은, 제한된 주파수 스펙트럼 및 복잡한 시공간 등의 다양한 무선 환경에서, 높은 데이터 전송율, 서비스의 향상된 품질, 그리고 높은 네트워크 용량을 구현할 수 있는 기술로서, 각광을 받고 있다.

협력 다이버시티 기술을 사용하는 릴레이 기반 시스템에 대한 구체적인 연구는 최근에 이르러서, 논의되고 있는 설정이다. 특히, DF 릴레이 방식을 사용하는 릴레이 기반 시스템의 통신에 대한 처리 기술 및 실험 데이터가 미비한 상황이다.

즉, 종래 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법 및 그 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

종래에는, 주변 환경의 변화와 무관하게 소스 노드나, 릴레이 측에서 전송하는 신호의 송신 전력을 일정하게 유지함으로써, 링크 신뢰도(reliability) 및 처리율(throughput)이 기대치 보다 감소하는 문제점이 있었다.

나아가, 상기 송신 전력을 항상 일정하게 유지함으로써, 송신 전력의 효율성이 악화되는 문제점도 있었다. 특히, DF 릴레이 방식에서, 이와 같은 문제점이 더욱 심화되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은, 현재 DF 릴레이 기반 시스템의 채널정보를 정확히 판단하고, 이에 따라 송신 전력을 개별적으로 제어할 수 있는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법에 있어서, 파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여, 소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드 와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득하는 단계와, 상기 획득한 채널 정보로부터, 상기 채널 정보가 속하는 특정 양자화 영역을 판단하는 단계 및 상기 특정 양자화 영역에 대응하는 송신 신호 전력의 정보를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법을 제공한다. 다만, 상기 양자화 영역은 채널 정보들을 소정의 기준에 따라 정수의 그룹으로 그룹핑하는 영역일 수도 있다.

상기 제1 내지 상기 제3 채널 정보는, 상기 제1 내지 상기 제3 링크 각각의 채널 게인(channel gain)일 수 있다.

상기 제어 방법은, 상기 결정된 송신 신호 전력의 정보를 상기 목적지 노드에서 상기 소스 노드 또는 상기 릴레이 노드로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법에 있어서, 피드백 정보가 없는 경우, 기보유하고 있는 소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 롱텀 배리언스(long term variance) 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 롱텀 배리언스(long term variance) 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 롱텀 배리언스 정보를 독출하는 단계와, 상기 독출한 롱텀 배리언스 정보들을 이용하여, 상기 소스 노드의 송신 신호 전력을 계산하는 단계 및 상기 계산된 송신 신호 전력으로, 신호를 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스 템의 송신 전력 제어 방법을 제공한다.

상기 독출한 롱텀 배리언스 정보들을 이용하여, 상기 소스 노드의 송신 신호 전력을 계산하는 상기 단계는

에 의해 구해진

값을

에 대입하여,

를 계산하는 단계(단,

: 소스 노드 측의 송신 신호 전력, P : 소스 노드 및 릴레이 측의 토탈(total) 송신 신호 전력,

: 제1 링크의 롱텀 배리언스,

: 제2 링크의 롱텀 배리언스,

: 제3 링크의 롱텀 배리언스)를 포함할 수 있다.

상기 롱텀 배리언스는, 각 링크별로, 일정한 주기에 따라 신호가 변동되는 정도를 표시하는 정보를 의미할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법에 있어서, 무한 피드백 케이스의 경우, 파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득하는 단계와, 상기 획득한 채널 정보를 이용하여, 최적의 송신 신호 전력을 계산하는 단계 및 상기 계산된 송신 신호 전력의 정보를 상기 목적지 노드에서 상기 소스 노 드 또는 상기 릴레이 노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법을 제공한다.

상기 제1 내지 상기 제3 채널 정보는, 상기 제1 내지 상기 제3 링크 각각의 채널 게인(channel gain)일 수 있으며, 상기 획득한 채널 정보를 이용하여, 최적의 송신 신호 전력을 계산하는 상기 단계는, ‘

’에 의해,

를 계산하는 단계(단,

: 순간 전력값(instanteous power),

: 상기 제1 링크의 채널 게인,

: 상기 제2 링크의 채널 게인,

: 상기 제3 링크의 채널 게인)를 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치에 있어서, 파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여, 소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득하는 획득부와, 상기 획득한 채널 정보로부터, 상기 채널 정보가 속하는 특정 양자화 영역을 판단하는 판단부 및 상기 특정 양자화 영역에 대응하는 송신 신호 전력의 정보를 결정하는 결정부를 포함하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법을 제공한다. 다만, 상기 양자화 영역은 채널 정보들을 소정의 기준에 따라 정수의 그룹으로 그룹핑하는 영역일 수도 있 다.

상기 제어 장치는, 상기 결정된 송신 신호 전력의 정보를 상기 목적지 노드에서 상기 소스 노드 또는 상기 릴레이 노드로 전송하는 전송부를 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치에 있어서, 피드백 정보가 없는 경우, 기보유하고 있는 소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 롱텀 배리언스(long term variance) 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 롱텀 배리언스(long term variance) 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 롱텀 배리언스 정보를 독출하는 독출부와, 상기 독출한 롱텀 배리언스 정보들을 이용하여, 상기 소스 노드의 송신 신호 전력을 계산하는 계산부 및 상기 계산된 송신 신호 전력으로, 신호를 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치를 제공한다.

상기 계산부는, '

’에 의해 구해진

값을, ‘

’에 대입하여,

를 계산(단,

: 소스 노드 측의 송신 신호 전력, P: 소스 노드 및 릴레이 측의 토탈(total) 송신 신호 전력,

: 제1 링크의 롱텀 배리언스,

: 제2 링크의 롱텀 배리언스,

: 제3 링크의 롱텀 배리언스)할 수 있다.

상기 롱텀 배리언스는, 각 링크별로, 일정한 주기에 따라 신호가 변동되는 정도를 표시하는 정보일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치에 있어서, 무한 피드백 케이스의 경우 파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득하는 획득부와, 상기 획득한 채널 정보를 이용하여, 최적의 송신 신호 전력을 계산하는 계산부 및 상기 계산된 송신 신호 전력의 정보를 상기 목적지 노드에서 상기 소스 노드 또는 상기 릴레이 노드로 전송하는 전송부를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치를 제공한다.

상기 계산부는, ‘

’에 의해,

를 계산(단,

: 순간 전력값(instanteous power),

: 상기 제1 링크의 채널 게인,

: 상기 제2 링크의 채널 게인,

: 상기 제3 링크의 채널 게인)할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 송신 전력을 일정하게 양자화된 영역 단위로 제어함으로써, DF 릴레이 기반 시스템의 링크 신뢰도(reliability) 및 처리율(throughput)을 제고시키는 효과가 있다.

이하에서는, 첨부된 도면들 및 상기 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 소스 노드, 목적지 노드, 릴레이가 포함된 DF 릴레이 기반 시스템을 도시한 도면이다. 이하, 도 1을 참조하여, 본 발명이 적용되는 DF 릴레이 기반 시스템의 시그널 모델(signal model), 노드간 채널 게인(channel gain) 등에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 DF 릴레이 기반 시스템은, 소스 노드(110), 릴레이(120), 그리고 목적지 노드(130) 등을 포함하여 이루어 진다. DF 프로토콜에서, 상기 소스 노드(110)는, 제1타임 슬롯 동안

의 전력으로, 상기 목적지 노드(130)를 향해, 전송 정보를 송출한다. 다만, 상기 DF 프로토콜이란 용어는, 전술한 DF 릴레이 방식에 대응되는 개념으로 사용되기도 한다. 상기 릴레이(120)는, 상기 소스 노드(110)의 송출을 엿듣는다(overhearing). 상기 릴레이(120) 측에서, 상기 송출되는 전송 정보의 디코딩에 성공한 경우, 상기 릴레이(120)는, 제2타임 슬롯 동안

의 전력으로, 상기 전송 정보를 송출한다. 그리고, 상기 목적지 노드(130)는, 상기 소스 노드(110) 및 상기 릴레이(120) 측에서 전송한 전송 정보를 수신한다.

상기 소스 노드(110)와 상기 목적지 노드(130) 사이의 거리를

, 상기 소스 노드(110)와 상기 릴레이(120) 사이의 거리를

, 상기 릴레이(120)와 상기 목적지 노드(130) 사이의 거리를

라고 할 때, 채널 게인(channel gain)은 다음과 같은 수학식 1로 표현될 수 있다.

[수학식 1]

(i=0,1,2)

한편, 상기 릴레이(120) 및 상기 목적지 노드(130)의 애디티브(additive) 노이즈의 전력은 1로 가정하도록 하겠다.

특히, 본 발명에 따른 송신 신호 전력 제어 스킴(scheme)에 있어서는, 피드백 정보가 무한인지, 유한인지, 또는 없음 상태인지 여부에 따라, 개별적으로 다른 방법으로 전력을 제어하는 기술을 제안하고자 한다. 본 발명에 의한 송신 신호 전력 제어 스킴은, 통신 두절 상태 확률을 최소화 하는데, 이 통신 두절 상태는 수학식 2와 같이 머츄얼 인포메이션(mutual information)을 기반으로 결정된다.

[수학식 2]

그리고, 상기 목적지 노드(130) 측에서는, 통신 두절 상태를 피하거나, 적어도 최소화 하면서 통신이 가능한 신호의 송신 전력값의 범위를, 상기 구별된 상태별로, 개별적으로 계산한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 송신 전력의 효율성을 제고하면서, 링크 신뢰도 및 처리율도 제고할 수 있는 효과가 있다. 다만, 구체적으로 송신 전력값의 범위를 계산하는 방법에 대해서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술한다. 상기 채널 상태 정보(CSI)의 피드백 양태에 따라, 본 발명에 따른 실시 예를 설명하면 아래와 같다.

<실시예 1: 무한 피드백(infinite feedback)>

도 2는 본 발명에 따른 무한 피드백 상태에서, 와

를 각각 축으로 한 송신 신호 전력의 그래프를 예시한 도면이다. 이하, 도 2를 참조하여, 무한 피드백 상태에서, 소스 노드 측에서 전송 가능한 신호의 최적의 송신 전력값의 범위를 계산하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

DF 프로토콜에서, 소스 노드와 목적지 노드를 연결하는 채널 게인이 소스 노드와 릴레이를 연결하는 채널 게인 보다 작은 경우(

), 릴레이 스킴(scheme)의 실익이 있다. 그러하지 아니한 경우, 소스 노드는, 릴레이 스킴을 이용하지 아니하고 목적지 노드로 신호를 전송한다. 이 경우, 전체 전송 정보는, 소스 노드로부터 릴레이 링크로의 전송 정보와, 릴레이 측에서 소스 노드의 목적지 노드 링크를 중계할 때의 전송 정보 중 최소값(minimum)을 의미한다.

전체 전력(total power)(P)이

와

의 합일 때(즉, P=

+

), 상기 min의 후자값은 다음과 같은 식을 만족한다.

[수학식 3]

이를 보다 더 용이하게 이해하기 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이,

인 경우의

와

는 점선으로 표시하였고,

인 경우의

와

는 실선으로 표시하였다. 수학식 2의 두번째 케이스는,

이기 때문에,

와

는

의 값과 상관없이 교차된다.

참고로, 본 명세서에서 사용되는 통신 두절(outage) 현상은 전송 정보(mutual information)가 특정 비율값(R) 이하로 감소하는 이벤트일 수 있고, 본 발명에서는 상기 통신 두절 현상의 발생을 최소화 하고자 한다.

한편,

이고, 순간 전력값(instantaneous power)(

)이

와

의 합이라고 할 때, 다음과 같은 수학식 4이 성립된다.

[수학식 4]

한편,

인 경우,

의 최대값은

와 P값이 같을 때 얻어진다. 왜냐하면,

값이 증가함에 따라, 두 라인 모두 증가하기 때문이다. 그러하지 아니한 경우,

의 최대값은 두 라인이 만날 때 얻어진다. 즉,

인 경우의 최대 전송 정보 값은 아래의 수학식 5와 같다.

[수학식 5]

다만, 상기 수학식 5의 값은,

인 경우에 얻어지는 바, 상기

값은, 피드백 정보가 무한(infinite)이라는 이상적(ideal) 상태에서 얻어 지는 최적의(optimal) 송신 전력임을 확인할 수 있다.

다시 정리하여 설명하면, 목적지 노드(130) 측에서 무한 피드백 정보를 전송하는 경우, 상기 목적지 노드(130)는, 파일럿 신호(pilot signal) 신호를 이용하여 상기 소스 노드(110)와 상기 목적지 노드(130) 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드(110)와 상기 릴레이(120) 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이(120)와 상기 목적지 노드(130) 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득한다. 다만, 여기서 상기 채널 정보로, 예를 들어, 채널 게인을 이용할 수 있는 바, 제1 채널 정보를

, 상기 제2 채널 정보를

, 상기 제3 채널 정보를

으로 표현할 수도 있다.

이 때, 상기 목적지 노드(130)는, 상기

식에 의해, 최적의(optimal) 송신 신호 전력(

)를 계산할 수 있다. 한편, 상기 목적지 노드(130)는 상기 계산된 송신 신호 전력에 대한 정보를, 소스 노드(110)측 또는 릴레이(120)측에 전송하고, 따라서 상기 소스 노드(110) 또는 릴레이(120)는 상기 전송된 정보에 대응하는 전력으로, 신호를 전송하게 된다.

<실시예 2: 유한 피드백(finite feedback)>

도 3은 본 발명에 따른 유한 피드백 상태에서,

와

를 각각 축으로 한 양자화 영역(quantization region)의 그래프를 예시한 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명에 따른 유한 피드백 상태에서,

와

를 각각 축으로 한 양자화 영역(quantization region)의 그래프를 예시한 도면이다. 이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 유한 피드백 상태에서, 소스 노드 측에서 전송 가능한 신호의 최적의 송신 전력값의 범위를 계산하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

우선, 파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여,

정보를 얻을 수 있다.

한편, 도 3을 참조할 때, y축을 임의의 정수 개로 양자화(quantization) 한다. 다만,

인 경우는 릴레이가 필요없는 경우이고, 반대인 경우는 릴레이를 통하여 신호가 전송되는 경우를 의미한다.

그리고, 전술한 도 3을 고려하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 특히 빗금친 영역의 범위를 반복적으로(iteratively) 양자화 한다. 나아가, 상기 양자화된 각 영역에 대한

를 계산함으로써, 상기 각 영역별로 다른 송신 전력을 할당한다. 다만,

를 계산하는 방법에 대해서는, 아래에서 수학식을 참조하여 설명하지만, 이는 일실시예일 뿐 아래의 수학식에 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 해당 수학식의 계수(coefficient) 또는 변수(variables)의 일부 수정 또는 치환은 본 명세서에 기재된 발명의 사상을 따르는 한, 본 발명의 범주에 속한다고 볼 것이다.

유한 피드백 상태인 경우는,

이 고정된 경우와,

이 ‘

’ 공식을 만족하는 경우로 나눌 수 있는데, 두 가지 모두 비슷한 결과를 도출하므로, 당해 명세서 상에서는

이 고정된 경우를 고려하도록 한다. 예를 들어, ‘

’ 인 경우, 유한 피드백 상태로서, 1비트의 피드백 정보가 전송되는 경우를 의미할 수 있다. 또한 피드백 채널에 따라 해당 피드백 정보에 할당되는 비트 수를 더 크게 할 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 4에 도시된 바와 같이, ‘

’ 를 만족하는 직선 윗 부분은, 협력 다이버시티가 없는 경우,

파라미터(parameter)의 분할 영역을 의미한다.

는, 채널 세기(strength)의 레벨에 따라,

영역들로 양자화된다. 이 때, i 번째 영역의 소스 노드의 전력은 다음 수학식 6으로 표현된다.

[수학식 6]

단, 여기서 상기 R은 전송 속도를 의미한다.

한편, 본 발명에 따른 송신 전력 제어에 따르면, 도 4에 도시된 2번째 영역부터 L번째 영역에 대한 통신 두절 상태를 제거할 수가 있다. 왜냐하면,

인 경우, R 데이터값에 이르는

보다 작은 전력이 요구되기 때문이다. 한편, 1번째 영역에서는 송신 전력의 관계가 다음 수학식 7과 같다.

[수학식 7]

다음으로, 수학식 2의 하단 수식을 보면, ‘

’ 인 범위로 한정할 때,

에서, ‘min’ 연산자(operator)를 제거할 수 있다. 이에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이,

의 셋트로 이루어진

면으로 나눌 수 있다(단, i>j 인 경우,

). 한편, 전술한 바와 마찬가지로,

에 대해서도, ‘

’의 식이 성립한다. 그리고, 인접한 영역부터 가장 먼 영역까지, 순서대로 넘버링할 때, ‘

’의 식이 성립한다.

따라서, 유한 피드백 상태에서, 본 발명에 의할 경우, 2번째 영역부터 L번째 영역까지 통신 두절 상태(outage)가 발생하지 않게 되는데, 이를 보다 구체적으로 증명하면 다음과 같다.

i번째 영역의 임의의 점

은,

의 직선 위에 위치한다(단,

). 상기 직선 위에서, 통신 두절 상태를 회피하기 위해서는,

식이 요구되며, 이 때, 상기

는

보다 작은 값을 가진다.

L번째부터 1번째까지의 영역과 송신 전력 레벨을 구하기 위해,

방정식을 반복적으로 사용한다. 릴레이의 송신 전력이 소스 노드의 송신 전력에 비례하는 경우, 공간 파라미터(parameter space)를

의 조건 하에서 분할하고, 전술한 단계들을 반복한다. 다만, 전술한 바와 같이, P는 토탈(total) 송신 전력을 의미하고,

는 양자화된 영역(region) 중, i번째 영역의 송신 전력을 의미한다.

즉, 유한 피드백 상태에서, 도 4에 도시된

로 이루어진 그래프의 영역을 일정한 관계에 따라 양자화 하고, 상기 양자화된 영역 각각에 다른 송신 전력을 할당함으로써, 송신 전력의 효율성을 제고할 수 있다. 상기 다른 송신 전력을 계산하는 방법의 일예로,

의 식을 이용할 수 있다. 종래에는 동일한 전력만을 할당하는 문제점이 있었으나, 본 발명에 의해 이러한 문제점은 해결될 수 있다.

다시 정리하여 설명하면, 목적지 노드(130) 측에서 유한 피드백 정보를 전송하는 경우, 상기 목적지 노드(130)는, 파일럿 신호(pilot signal) 신호를 이용하여 상기 소스 노드(110)와 상기 목적지 노드(130) 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상 기 소스 노드(110)와 상기 릴레이(120) 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이(120)와 상기 목적지 노드(130) 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득한다. 다만, 여기서 상기 채널 정보로, 예를 들어, 채널 게인을 이용할 수 있는 바, 제1 채널 정보를

, 상기 제2 채널 정보를

, , 상기 제3 채널 정보는

으로 표현할 수도 있다.

이 때, 상기 목적지 노드(130)는, 상기 제1 채널 정보 및 상기 제3 채널 정보를 기준으로, 현재 통신 상태가 도 4에 도시된 양자화 영역 중, 어떤 영역에 속하는지 여부를 판단한다. 그리고, 특정 양자화 영역에 속한다고 판단된 경우, 각 양자화 영역에 맵핑되어 있는 송신 전력값을 불러와서, 최적의 송신 신호 전력값을 결정한다.

한편, 상기 목적지 노드(130)가 상기 결정된 송신 신호 전력값에 대한 정보를 상기 소스 노드(110) 또는 상기 릴레이(120) 측에 전송하면, 상기 소스 노드(110) 또는 상기 릴레이(120)는 상기 전송받은 송신 신호 전력값에 따라 신호를 송신할 수 있다.

<실시예 3: CSI 없음(NO CSI)>

토탈 송신 전력(P)은,

와

의 합이며(

), 이 때,

이고,

이고,

는 0 이상, 1이하의 범위를 가진다. 피드백 없음 상태에서, 통신 두절 확률을 최소화 하기 위해서는, 적절한

값을 구하는 것이 가장 중요한 문제이다. 한편, 통신 두절 상황이 발생하는 이벤트는,

와, 그리고

를 모두 만족하는 경우를 의미한다. 따라서, 본 실시예에서의 최적화된 송신 전력은 다음과 같이 구해진다.

[수학식 8]

다만, 상기

를 만족하고, 특히 상기 근사값으로 수렴하는 경우는, SNR이 높은 값을 가지는 경우에 해당한다. 한편,

와

를 상기 수학식 8에 대입하면, 최적의

에 대한 방정식이 다음 수학식 9와 같이 성립한다.

[수학식 9]

상기 수학식 9에서,

값을 구함으로써, 피드백 없음 상태에서, 통신 두절(outage) 확률을 최소화 하는 송신 전력을 정확하게 계산해 낼 수 있는 것이 본 발명의 다른 일특징이다. 다만, 상기

값은 롱텀 배리언스(long term variance)를 의미하며, 보다 구체적으로 각 링크별로, 일정한 주기에 따라 신호가 변동되는 정도를 표시하는 정보일 수 있다. 즉, 본 발명에서는, 피드백이 없는 경우, 기보유하고 있는 장기 통계치인

값을 이용하여, 최적의 송신 전력값을 계산함에 일특징이 있다.

다만, 상기

는 소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 롱텀 배리언스를 의미하고, 상기

는 소스 노드와 릴레이 간인 제2 링크의 롱텀 배리언스를 의미하고, 그리고 상기

는 릴레이와 목적지 노드 간인 제3 링크의 롱텀 배리언스를 의미할 수 있다.

이 때, 상기 소스 노드(110)는, 상기 획득한

값을 수학식 9에 대입하여

값을 구하고, 상기 구한

값을 다시

에 대입하여 상기 소스 노드(110) 또는 상기 릴레이(130) 측에서 전송할 수 있는 최적의 송신 신호 전력을 계산한다.

도 5는 상술한 실시예 1 내지 실시예 3 각각에 대한 통신 두절 확률(outage probability)이 감소한 그래프를 예시한 도면이다. 이하, 도 5를 참조하여, 특정 상태에 따라, 각각 다른 송신 전력으로 제어 하는 경우, 얻어지는 결과 데이터(통신 두절 확률(outage probability))를 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 5에 도시된 바와 같이, 무한 피드백 상태(이상적인 피드백)(500)와, 피드백 없음 상태(특히, 도 5에서는 “Equal Power Distribution” 그래프를 의미)(530)가 대비된다. 1비트의 피드백 정보가 전송되는 경우는, 협력 다이버시티를 시그널링 하는데 사용될 수 있다. 릴레이는, 소스 노드와, 목적지 노드의 중간 지점에 위치하는 것으로 가정한다. 참고로, 도 5 상에서는, 본 발명에 따른 송신 전력 제어가 이루어 질 경우의 무한 피드백 상태(500), 유한 피드백 상태(510,520), 피드백 없음 상태(530)만의 데이터를 도시하였으나, 종래 데이터에 비하여, 통신 두절 확률이 현저히 감소함을 실험적으로 확인할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명 의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하면, DF 릴레이 기반 시스템에서, 피드백의 정보량에 따라 송신 전력을 제어하는 바, 피드백의 정보량이 무한인 경우, 유한인 경우, 또는 없는 경우 각각에 대하여, 송신 전력의 효율성을 제고시키는 효과가 있다. 특히, 유한 피드백 상태에서, 통신 가능 영역을 양자화하여, 양자화된 영역별로 차별화된 전력을 할당하는 바, 송신 전력의 효율성이 증대되고, 통신 두절 확률을 최소화 하는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, DF 릴레이 기반 시스템에서, 네트워크 통신의 링크 신뢰도(link reliability), 처리율(throughput) 등이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, DF 릴레이 기반 시스템에서, 송신 전력을 효율적으로 제어함으로써 휴대 단말기 등의 소스 노드의 배터리 효율을 극대화할 수 있다.

Claims

DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법에 있어서,

파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여, 소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득하는 단계;

상기 획득한 채널 정보로부터, 상기 채널 정보가 속하는 특정 양자화 영역을 판단하는 단계; 및

상기 특정 양자화 영역에 대응하는 송신 신호 전력의 정보를 결정하는 단계

를 포함하고, 상기 양자화 영역은 채널 정보들을 적어도 1 이상의 정수의 그룹으로 그룹핑하는 영역임을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 내지 상기 제3 채널 정보는,

상기 제1 내지 상기 제3 링크 각각의 채널 게인(channel gain)인 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법.
제1항에 있어서,

상기 결정된 송신 신호 전력의 정보를 상기 목적지 노드에서 상기 소스 노드 또는 상기 릴레이 노드로 전송하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법.
DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법에 있어서,

피드백 정보가 없는 경우, 기보유하고 있는 소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 롱텀 배리언스(long term variance) 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 롱텀 배리언스(long term variance) 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 롱텀 배리언스 정보를 독출하는 단계;

상기 독출한 롱텀 배리언스 정보들을 이용하여, 상기 소스 노드의 송신 신호 전력을 계산하는 단계; 및

상기 계산된 송신 신호 전력으로, 신호를 전송하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법.
제4항에 있어서,

상기 독출한 롱텀 배리언스 정보들을 이용하여, 상기 소스 노드의 송신 신호 전력을 계산하는 상기 단계는,

에 의해 구해진
값을,
에 대입하여,
를 계산하는 단계(단,
: 소스 노드 측의 송신 신호 전력, P: 소스 노드 및 릴레이 측의 토탈(total) 송신 신호 전력,
: 제1 링크의 롱텀 배리언스,
: 제2 링크의 롱텀 배리언스,
: 제3 링크의 롱텀 배리언스)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법.
제4항에 있어서,

상기 롱텀 배리언스는,

각 링크별로, 일정한 주기에 따라 신호가 변동되는 정도를 표시하는 정보

를 의미하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법.
DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법에 있어서,

파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득하는 단계;

상기 획득한 채널 정보를 이용하여, 최적의 송신 신호 전력을 계산하는 단계; 및

상기 계산된 송신 신호 전력의 정보를 상기 목적지 노드에서 상기 소스 노드 또는 상기 릴레이 노드로 전송하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법.
제7항에 있어서,

상기 제1 내지 상기 제3 채널 정보는,

상기 제1 내지 상기 제3 링크 각각의 채널 게인(channel gain)인 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법.
제8항에 있어서,

상기 획득한 채널 정보를 이용하여, 최적의 송신 신호 전력을 계산하는 상기 단계는,

에 의해,
를 계산하는 단계(단,
: 순간 전력값(instanteous power),
: 상기 제1 링크의 채널 게인,
: 상기 제2 링크의 채널 게인,
: 상기 제3 링크의 채널 게인)

를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 방법.
DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치에 있어서,

파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여, 소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득하는 획득부;

상기 획득한 채널 정보로부터, 상기 채널 정보가 속하는 특정 양자화 영역을 판단하는 판단부; 및

상기 특정 양자화 영역에 대응하는 송신 신호 전력의 정보를 결정하는 결정부

를 포함하고, 상기 양자화 영역은 채널 정보들을 적어도 1 이상의 정수의 그룹으로 그룹핑하는 영역임을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 제1 내지 상기 제3 채널 정보는,

상기 제1 내지 상기 제3 링크 각각의 채널 게인(channel gain)인 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치.
제10항에 있어서,

상기 결정된 송신 신호 전력의 정보를 상기 목적지 노드에서 상기 소스 노드 또는 상기 릴레이 노드로 전송하는 전송부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치.
DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치에 있어서,

피드백 정보가 없는 경우, 기보유하고 있는 소스 노드와 목적지 노드 간인 제1 링크의 롱텀 배리언스(long term variance) 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 롱텀 배리언스(long term variance) 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 롱텀 배리언스 정보를 독출하는 독출부;

상기 독출한 롱텀 배리언스 정보들을 이용하여, 상기 소스 노드의 송신 신호 전력을 계산하는 계산부; 및

상기 계산된 송신 신호 전력으로, 신호를 전송하는 전송부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치.
제13항에 있어서,

상기 계산부는,

에 의해 구해진
값을,
에 대입하여,
를 계산하는 것(단,
: 소스 노드 측의 송신 신호 전력, P: 소스 노드 및 릴레이 측의 토탈(total) 송신 신호 전력,
: 제1 링크의 롱텀 배리언스,
: 제2 링크의 롱텀 배리언스,
: 제3 링크의 롱텀 배리언스)

을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치.
제13항에 있어서,

상기 롱텀 배리언스는,

각 링크별로, 일정한 주기에 따라 신호가 변동되는 정도를 표시하는 정보

를 의미하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치.
DF(Decode-Forward) 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치에 있어서,

파일럿 신호(pilot signal)를 이용하여, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 간인 제1 링크의 제1 채널 정보, 상기 소스 노드와 릴레이 노드 간인 제2 링크의 제2 채널 정보, 및 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드 간인 제3 링크의 제3 채널 정보를 획득하는 획득부;

상기 획득한 채널 정보를 이용하여, 최적의 송신 신호 전력을 계산하는 계산부; 및

상기 계산된 송신 신호 전력의 정보를 상기 목적지 노드에서 상기 소스 노드 또는 상기 릴레이 노드로 전송하는 전송부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치.
제16항에 있어서,

상기 제1 내지 상기 제3 채널 정보는,

상기 제1 내지 상기 제3 링크 각각의 채널 게인(channel gain)인 것을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치.
제16항에 있어서,

상기 계산부는,

에 의해,
를 계산하는 것(단,
: 순간 전력값(instanteous power),
: 상기 제1 링크의 채널 게인,
: 상기 제2 링크의 채널 게인,
: 상기 제3 링크의 채널 게인)

을 특징으로 하는 DF 릴레이 기반 시스템의 송신 전력 제어 장치.