KR100922960B1 - 다중 안테나들을 이용하는 무선 통신 시스템에서 전송 효율증대를 위한 신호 송수신 방법 및 그 시스템 - Google Patents

다중 안테나들을 이용하는 무선 통신 시스템에서 전송 효율증대를 위한 신호 송수신 방법 및 그 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기지국, 이동국 및 릴레이 노드가 존재하는 무선 통신 시스템에서, 상기 릴레이 노드가 상기 기지국과 이동국의 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 상기 릴레이 노드는 상기 기지국으로부터 제1 신호 방식에 따른 제1 신호를 수신하고, 상기 이동국으로부터 제2 신호 방식에 따른 제2 신호를 수신하는 과정과, 상기 제1 신호와 제2 신호를 서로 배타적 논리합(XOR)하여 제3 신호를 생성하는 과정과, 상기 제3 신호를 상기 기지국 및 이동국으로 송신하는 과정을 포함한다.
릴레이 노드, 다중입력 다중출력(MIMO), 공간분할다중접속(SDMA), 네트워크 코딩 기법

Description

다중 안테나들을 이용하는 무선 통신 시스템에서 전송 효율 증대를 위한 신호 송수신 방법 및 그 시스템{SIGNAL TRANSMITTING/RECEIVING METHOD FOR INCREMENT OF TRANSMISSION EFFICIENCY IN WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING MULTIPLE ANTENNAS AND SYSTEM THEREOF}
도 1은 릴레이 노드가 존재하지 않는 일반적인 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 도시한 도면
도 2는 릴레이 노드가 하나의 이동국의 신호를 중계하는 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 도시한 도면
도 3은 릴레이 노드가 두개의 이동국들의 신호를 중계하는 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국, 릴레이 노드 및 이동국들간 신호 송수신을 도시한 도면
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국, 릴레이 노드 및 이동국들간 신호 송수신을 도시한 신호 흐름도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 릴레이 노드가 신호를 중계하는 과정을 도시한 흐름도
본 발명은 다중(multiple) 안테나들을 이용하는 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 다중 안테나들을 이용하는 무선 통신 시스템에서 전송 효율을 증대하여 신호를 송/수신하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재, 무선 통신 시스템은 제3세대 이동 통신 시스템에서 제4세대 이동 통신 시스템으로 발전해가고 있다. 상기 제4세대 이동 통신 시스템은 보다 높은 전송률 제공과 더불어 무선 전송 범위, 즉 서비스 영역의 확장을 위해 연구되고 있다. 이러한 서비스 영역의 확장을 위해 제안된 방안이 멀티 홉 방안이다. 상기 멀티 홉 방안은 셀 커버리지(coverage) 외곽에 존재하는 노드(node)들의 통신을 위해 적은 비용으로 설계된 릴레이(relay) 노드가 상기 외곽에 존재하는 노드들로 신호를 중계한다.
그러나, 상기 멀티 홉 방안에서 상기 릴레이 노드의 사용은 한정된 무선 자원을 상기 릴레이 노드가 기지국과 이동국과 공유하여야만 한다. 즉, 상기 릴레이 노드는 기지국간, 또는 이동국 간에 서로 분리된 무선 채널 자원을 사용하여야 하고, 이는 두배의 무선 채널 자원이 요구되는 문제점이 존재한다. 이러한 문제점과 관련하여 하기 도 1 내지 도 3을 참조로 설명하기로 한다.
도 1은 릴레이 노드가 존재하지 않는 일반적인 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 도시한 도면이다.
상기 도 1을 참조하면, 기지국(100)과 이동국(150)은 직접 통신을 수행할 수 있는 거리에 존재한다. 상기 기지국(100)이 이동국(150)으로 하향링크(DL: DownLink) 신호를 송신하고(105), 상기 이동국(150)은 상기 기지국(100)으로 상향링크(UL: UpLink) 신호를 송신하게 된다(110). 즉, 상기 기지국(100)과 이동국(150)은 시간을 구분하여 하향링크 신호와 상향링크 신호를 송수신 하게 되며, 상기 하향링크 신호 구간(105)과 상향링크 신호 구간(110)을 구분하는 보호 구간(guard interval)(115 및 120)이 존재하여야 한다.
상기 도 1에 도시한 바와 같이, 기지국과 이동국이 직접 통신을 수행하는 경우, 시간 영역에서 무선 채널 자원은 상향링크와 하향링크에 절반씩 사용되며, 상기 상향링크 신호 구간과 하향링크 신호 구간을 구분하기 위한 보호 구간이 2개 필요하게 된다. 그러나, 릴레이 노드가 상기 기지국과 이동국 중간에 위치하여 신호를 중계하게 되면, 상기 릴레이 노드에서 사용하여야만 하는 무선 채널 자원이 그만큼 더 필요하게 된다. 따라서 무선 자원 대비 데이터 전송율은 낮아질 수 밖에 없게 된다.
그러면, 도 2 및 도 3을 참조하여 릴레이 노드가 존재하고, 하나의 이동국과 두개의 이동국들이 존재하는 경우 문제점에 대해 설명하기로 한다.
도 2는 릴레이 노드가 하나의 이동국의 신호를 중계하는 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 기지국(200)은 릴레이 노드(220)로 이동국(240)을 목적지로 하는 하향링크 신호 a를 송신하고(201), 상기 릴레이 노드(220)는 상기 이동국(240)으로 상기 신호 a를 중계 송신한다(203).
또한, 상기 릴레이 노드(220)는 상기 이동국(240)의 상향링크 신호 b를 수신하고(205), 이를 상기 기지국(200)으로 중계 송신한다(207).
상기와 같이, 릴레이 노드(220)가 하나의 이동국에 대해 신호를 중계하는 경우, 상기 기지국(200)과 이동국(240)이 직접 통신을 수행하는 경우에 비해 동일 시간 구간동안 더 적은 양의 데이터를 보낼 수 밖에 없게 된다. 또한, 상기 기지국(200)과 릴레이 노드(220)간 하향링크 및 상향링크 신호 송수신 및 상기 릴레이 노드(220)와 이동국(240)간 하향링크 및 상향링크 신호 송수신을 구분하기 위한 보호 구간이 추가적으로 두 개 더 필요하게 된다.
도 3은 릴레이 노드가 두개의 이동국들의 신호를 중계하는 무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 도시한 도면이다.
상기 도 3을 참조하면, 기지국(300)은 릴레이 노드(320)로 이동국 1(340) 및 이동국 2(360)를 목적지로 하는 하향링크 신호 a, b를 순서대로 송신하고(301), 상기 릴레이 노드(320)는 상기 이동국 1(340)로 상기 신호 a를 중계 송신하고(303), 상기 이동국 2(360)로 상기 신호 b를 중계 송신한다(305).
또한, 상기 릴레이 노드(320)는 상기 이동국 1(340)로부터 상향링크 신호 c를, 이동국 2(360)로부터 상향링크 신호 d를 수신하면(307, 309), 상기 신호 c, d를 상기 기지국(300)으로 중계 송신한다(311).
상기와 같이, 릴레이 노드(320)가 복수의 이동국들에 대해 신호를 중계하는 경우에는 도 1 및 도 2에서 설명한 것에 비해 더욱 더 데이터 전송 효율이 떨어질 뿐만 아니라 보호 구간도 추가적으로 늘어나야 하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 다중 안테나를 이용하여 데이터 전송 효율을 증대시키기 위한 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다중 안테나를 이용한 무선 통신 시스템에서 기지국과 릴레이 노드는 다중입력 다중출력(MIMO) 방식을 이용하여 신호를 송수신하고, 릴레이 노드는 이동국으로부터 공간분할다중접속(SDMA) 방식을 이용하여 신호를 수신하고, 신호 중계시에는 네트워크 코딩 기법을 사용하여 자원 활용도를 최대화하는 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제1 방법은; 기지국, 이동국 및 릴레이 노드가 존재하는 무선 통신 시스템에서, 상기 릴레이 노드가 상기 기지국과 이동국의 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 상기 릴레이 노드는 상기 기지국으로부터 제1 신호 방식에 따른 제1 신호를 수신하고, 상기 이동국으로부터 제2 신호 방식에 따른 제2 신호를 수신하는 과정과, 상기 제1 신호와 제2 신호를 서로 배타적 논리합(XOR)하여 제3 신호를 생성하는 과정과, 상기 제3 신호를 상기 기지국 및 이동국으로 송신하는 과정을 포함한다.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제2 방법은; 기지국, 이동국 및 릴레이 노드가 존재하는 무선 통신 시스템에서, 상기 이동국이 상기 기지국과 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 상기 이동국은 상기 기지국을 목적지로 하는 제1 신호를 상기 릴레이 노드로 송신하는 과정과, 상기 릴레이 노드로부터 상 기 기지국이 이동국을 목적지로 송신하는 제2 신호와 상기 제1 신호의 배타적 논리합(XOR)하여 생성된 제3 신호를 수신하는 과정과, 상기 제3 신호와 이미 알고 있는 제1 신호를 배타적 논리합하여 상기 기지국으로부터 송신된 제2 신호를 검출하는 과정을 포함한다.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제3 방법은; 기지국, 이동국 및 릴레이 노드가 존재하는 무선 통신 시스템에서, 상기 기지국이 상기 이동국과 신호를 송수신하는 방법에 있어서, 상기 기지국은 상기 이동국을 목적지로 하는 제1 신호를 상기 릴레이 노드로 송신하는 과정과, 상기 릴레이 노드로부터 상기 이동국이 기지국을 목적지로 송신하는 제2 신호와 상기 제1 신호의 배타적 논리합(XOR)하여 생성된 제3 신호를 수신하는 과정과, 상기 제3 신호와 이미 알고 있는 제1 신호를 배타적 논리합하여 상기 이동국으로부터 송신된 제2 신호를 검출하는 과정을 포함한다.
상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은; 무선 통신 시스템에서, 신호 송수신 시스템에 있어서, 기지국, 릴레이 노드 및 이동국이 존재하며, 상기 기지국은 다중입력 다중출력(MIMO) 방식을 사용하여 상기 이동국을 목적지로 하는 제1 신호를 상기 릴레이 노드로 송신하고, 이후 상기 릴레이 노드로부터 제2 신호를 수신하면 상기 제2 신호와 상기 제1 신호를 배타적 논리합(XOR)하여 상기 이동국이 송신한 제3 신호를 검출하며, 상기 릴레이 노드는 상기 기지국으로부터 상기 제1 신호를 수신하고, 상기 이동국으로부터 제3 신호를 수신하고, 상기 제1 신호와 제3 신호를 서로 배타적 논리합(XOR)하여 제2 신호를 생성하고, 상기 제3 신호를 상기 기지국으로 송신하고, 상기 이동국으로는 공간분할다중접속(SDMA) 방식을 사용하여 신호를 빔포밍하여 송신하며, 상기 이동국은 상기 릴레이 노드로 제3 신호를 송신하고, 상기 릴레이 노드로부터 제2 신호를 수신하면 상기 제2 신호와 상기 제3 신호를 배타적 논리합하여 상기 기지국이 송신한 제1 신호를 검출한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 동작을 이해하는데 필요한 부분만을 설명하며 그 이외의 배경 기술은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략한다.
본 발명은 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에서, 기지국과 릴레이(relay) 노드간에는 다중입력 다중출력(Multiple Input Multiput Output, 이하 'MIMO'라 칭하기로 한다) 방식으로 신호를 송수신하며, 릴레이 노드와 이동국간에는 공간분할다중접속(Spatial Division Multiple Access, 이하 'SDMA'라 칭하기로 한다) 방식으로 신호를 송수신하는 시스템 및 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 상기 릴레이 노드는 상기 기지국과 이동국으로 신호를 중계하는 경우, 네트워크 코딩(network coding) 기법을 사용하여 데이터 전송 효율을 향상시킨다. 상기 네트워크 코딩 기법은 수신하는 적어도 둘 이상의 신호에 대해 배타적 논리합(XOR: eXclusive OR) 연산을 수행하여 하나의 신호를 송신하는 기법이다.
그러면, 기지국, 릴레이 노드 및 이동국이 각각 하나씩 존재하는 경우를 가 정하여 상기 네트워크 코딩 기법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 상기 기지국이 하향링크 신호 구간에서 상기 릴레이 노드로 신호 a를 송신하고, 다음으로 이동국이 상향링크 신호 구간에서 상기 릴레이 노드로 신호 b를 송신한다.
이후, 상기 릴레이 노드는 상기 수신한 a 및 b를 XOR 연산을 수행하고, XOR된 신호 c를 릴레이 신호 구간에서 각각 기지국과 이동국으로 송신한다. 여기서, 상기 릴레이 신호 구간은 XOR 연산된 신호가 송신되는 구간을 의미하며, 상기 과정을 수학식으로 나타내면 하기 수학식 1과 같다.
Figure 112005076841847-pat00001
상기 기지국은 상기 릴레이 노드가 송신한 신호 c를 수신하고, 자신이 송신한 신호 a를 이미 알고 있으므로, 상기 신호 a와 신호 c를 XOR하여 이동국이 송신한 신호 b를 인지하게 된다. 또한, 상기 이동국은 상기 릴레이 노드가 송신한 신호 c를 수신하고, 자신이 송신한 신호 b를 이미 알고 있으므로, 상기 신호 b와 신호 c를 XOR하여 상기 기지국이 송신한 신호 a를 인지하게 된다. 하기 수학식 2는 상기 이동국 및 기지국이 신호 a와 b를 인지하는 것을 나타낸 수학식이다.
Figure 112005076841847-pat00002
Figure 112005076841847-pat00003
예를 들어 설명하면, 상기에서 a=10111, b=01010 이라면, c=a (+) b=10111 (+) 01010=11101가 된다. 따라서, 상기 기지국은 상기 c와 a를 XOR 연산, 즉 c (+) a=11101 (+) 10111를 연산하여 01010인 b를 복원한다. 또한, 상기 이동국은 c와 b를 XOR 연산, 즉 c (+) b=11101 (+) 01010를 연산하여 10111인 a를 복원한다.
상술한 바와 같이, 도 2의 경우 전체 구간에서 4개의 보호 구간외의 영역에서
Figure 112005076841847-pat00004
의 시간 구간밖에 사용하지 못했던 것을, 상기 네트워크 코딩 기법을 사용하게 되면 3개의 보호 구간외의 영역에서
Figure 112005076841847-pat00005
의 시간 구간을 사용함으로써 데이터 전송 효율을 높일 수 있게 된다.
그러면, 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 데이터 전송 효율 증대를 위한 신호 송수신 방법에 대해 설명하기로 한다. 여기서 유의할 점은, 본 발명의 실시예에서는 이동국의 개수가 2개인 경우로 가정하여 설명하고 있지만, 본 발명은 이동국의 개수가 적어도 하나 이상인 경우에도 모두 적용 가능함은 물론이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국, 릴레이 노드 및 이동국들간 신호 송수신을 도시한 도면이다.
상기 도 4를 참조하면, 상기 기지국(400)과 릴레이 노드(420)는 복수개의 안테나들을 구비하고 있어야 한다. 상기 기지국(400)은 상기 릴레이 노드(420)로 동 일 시간 구간(1 시간 구간)에서 공간을 구분하여 신호 a 및 b를 MIMO 방식으로 송신한다. 이에 따라, 상기 릴레이 노드(420)가 수신하는 신호는 하기 수학식 3과 같다.
Figure 112005076841847-pat00006
상기 수학식 3에서,
Figure 112008009519185-pat00007
이고,
Figure 112008009519185-pat00008
는 기지국(400)과 릴레이 노드(420)간에 형성된 2×2 MIMO 채널 행렬을 의미하며,
Figure 112008009519185-pat00009
은 릴레이 노드(420)가 수신하는 신호에 첨가된 백색 가우시안 잡음(white gaussian noise) 벡터를 의미한다.
상기 릴레이 노드(420)는 채널 추정과 제로 포싱(zero forcing) 혹은 최소 평균 제곱 에러(Minimum Mean Squared Error, 이하 'MMSE'라 칭하기로 한다)과 같은 MIMO 수신 알고리즘을 적용하여 상기 기지국(400)이 송신한 신호 a 및 b를 검출한다. 상기 릴레이 노드(420)가 MIMO 수신 알고리즘을 적용하여 검출하는 신호는 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005076841847-pat00010
상기 수학식 4에서,
Figure 112005076841847-pat00011
이고,
Figure 112005076841847-pat00012
은 신호 구간 1에서 릴레이 노드(420)의 수신 안테나에서 측정되는 잡음 전력을 의미하고, 위 첨자 H는 허미시안 행렬(hermitian matrix)을 의미하고, I는 단위 행렬(Identity matrix)을 의미한다.
한편, 상기 릴레이 노드(420)는 이동국 1(440) 및 이동국 2(460)로부터 동일 시간 구간(2 시간 구간)에서 공간을 구분하여 신호 c 및 d를 수신한다. 여기서, 상기 릴레이 노드(420)는 상기 이동국 1(440) 및 이동국 2(460)의 신호 각각을 빔포밍(beamforming) 방식으로 분리하여 수신한다.
상기 릴레이 노드(420)와 이동국 1(440) 사이의 채널을 2×1 벡터인 h1이라고 하고, 상기 릴레이 노드(420)와 이동국 2(460) 사이의 채널을 2×1 벡터인 h2라고 하면, 상기 릴레이 노드(420)가 상기 이동국들로부터 수신하는 신호는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005076841847-pat00013
상기 수학식 5에서, 2×1 벡터 m은 릴레이 노드(420)가 이동국들(440, 460)로부터 수신하는 신호에 첨가된 백색 가우시안 잡음을 의미한다.
상기 수학식 5를 다시 정리하면 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005076841847-pat00014
상기 수학식 6에서,
Figure 112008009519185-pat00015
이고,
Figure 112008009519185-pat00016
이다. 상기 수학식 6에 대해 상기 릴레이 노드(420)가 제로 포싱 또는 MMSE와 같은 빔포밍 알고리즘을 적용하여 채널 추정된 신호를 검출하면, 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005076841847-pat00017
상기 수학식 7에서, 2×2 행렬 WBF는 수신 신호 y에서 원래의 송신 신호
Figure 112005076841847-pat00018
를 검출하기 위한 가중치 행렬로써,
Figure 112005076841847-pat00019
와 같이 나타낼 수 있고,
Figure 112005076841847-pat00020
은 신호 구간 2에서 릴레이 노드(420)의 수신 안테나에서 측정되는 잡음 전력을 의미한다.
상기 릴레이 노드(420)는 상기 기지국(400) 및 이동국들(440, 460)로부터 수신한 신호 a,b,c 및 d에 대해 XOR을 수행한다. 즉, 상기 릴레이 노드(420)는 이동국 1(440)로 송신할 신호 a와 상기 이동국 1(440)로부터 기지국(400)으로 송신되어야 할 신호 c에 대해 네트워크 코딩 기법을 적용해 XOR 연산을 수행하여 신호 u1을 생성하고, 이동국 2(460)로 송신할 신호 b와 상기 이동국 2(460)로부터 기지국(400)으로 송신되어야 할 신호 d에 대해 XOR 연산을 수행하여 신호 u2를 생성한다. 이를 수학식으로 나타내면 하기 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005076841847-pat00021
상기 릴레이 노드(420)는 상기 수학식 8과 같이 생성한 신호 u1 및 u2를 상기 가중치 WBF를 이용하여 이동국 1(440) 및 이동국 2(460)로 하기 수학식 9와 같은 신호를 송신한다.
Figure 112005076841847-pat00022
이 때, 상기 가중치를 이용하여 송신하게 되면, 송신 빔포밍을 수행하는 것과 동일하게 되어 이동국들(440, 460)은 간섭이 없는 신호를 수신하게 된다. 예컨대, 상기 이동국 1(440)은
Figure 112005076841847-pat00023
와 같은 신호를 수신할 수 있다. 즉, 이동국 1(440)은 상기 신호 u1을 수신하고, 이동국 2(460)는 상기 신호 u2를 수신한다.
상기 u1 및 u2를 수신한 상기 이동국 1(440) 및 이동국 2(460)는 자신들이 송신한 신호를 이미 알고 있으므로 하기 수학식 10과 같이 기지국(400)이 송신한 신호 a 및 b를 검출할 수 있게 된다.
Figure 112005076841847-pat00024
한편, 상기 기지국(400)은 하기 수학식 11과 형태의 신호를 수신하게 된다.
Figure 112005076841847-pat00025
상기 수학식 11에서,
Figure 112008009519185-pat00026
이며 위 첨자 T는 전치 행렬(Transpose matrix)을 의미하고,
Figure 112008009519185-pat00027
이다. 따라서, 상기 기지국(400)은 H2 MIMO 채널을 가지는 송신 신호 U에 대한 MIMO 검출을 수행하여 u1 및 u2를 검출하고, 상기 u1 및 u2 각각에 a 및 b에 대해 XOR 연산을 수행하여 신호 c 및 d를 검출한다. 하기 수학식 12는 상기 기지국(400)이 XOR 연산을 수행하여 신호 c 및 d를 검출하는 것을 나타낸 식이다.
Figure 112005076841847-pat00028
도 4에 나타낸 바와 같이, 기지국과 릴레이 노드는 MIMO 방식으로 통신을 수행하고, 릴레이 노드와 이동국은 SDMA 방식으로 통신을 수행하며, 상기 릴레이 노드가 네트워크 코딩 기법을 사용하면 단위 시간대에 전송하는 데이터 전송량이 공간적으로 증대되어 데이터 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 기지국, 릴레이 노드 및 이동국들간 신호 송수신을 도시한 신호 흐름도이다.
상기 도 5를 참조하면, 먼저 기지국(500)은 하향링크 신호 송신 구간에서 송신 안테나 1 및 안테나 2에서 신호 a 및 b 각각을 릴레이 노드(520)로 송신한다(501, 503단계). 여기서, 상기 신호 a는 이동국 1(540)에게로 송신되는 신호이고, 신호 b는 이동국 2(560)에게로 송신되는 신호라 가정한다.
상기 릴레이 노드(520)는 상기 기지국(500)으로부터 신호 a, b를 수신하고, MIMO 방식(예컨대, ZF 방식 또는 MMSE 방식)으로 신호를 검출한다(505단계).
한편, 상기 이동국 1(540) 및 이동국 2(560)는 상기 릴레이 노드(520)로 상향링크 신호 송신 구간에서 신호 c 및 d를 각각 송신한다(507 내지 513단계).
상기 릴레이 노드(520)는 상기 이동국들(540, 560)의 신호에 대해 빔포밍 방식을 이용하여 신호를 분리하여 상기 신호 c 및 d를 검출한다(515단계). 또한, 상기 릴레이 노드(520)는 가중치 행렬 WBF를 생성한다. 이후, 상기 릴레이 노드(520)는 네트워크 코딩 기법에 따라 신호 a와 c에 대해 XOR 연산을 수행하고, 신호 b와 d에 대해 XOR 연산을 수행한다(517단계). 상기 릴레이 노드(520)는 XOR 연산하여 생성된 신호 u1 및 u2를
Figure 112008009519185-pat00029
형태로 전송한다. 상기 기지국(500)은 수학식 11과 같은 신호를 수신하고, 이동국 1(540)은
Figure 112008009519185-pat00030
와 같은 신호를 수신하고, 이동국 2(560)는
Figure 112008009519185-pat00031
와 같은 신호를 수신한다. 여기서, q는 시간구간 3에서의 이동국 2의 잡음을 의미한다.(521, 523 및 525단계).
상기 기지국(500)은 상기 신호 u1 및 u2를 검출하고(527단계), 검출된 신호 u1 및 u2 각각에 이미 알고 있는 신호 a 및 b를 XOR 연산하여 상기 이동국들(540, 560)이 송신한 신호 c 및 d를 각각 검출한다(529단계).
또한, 상기 이동국 1(540)은 채널 상태가 반영된 신호 U1을 수신하고(531단계), 상기 신호 U1과 이미 알고 있는 신호 c를 XOR 연산하여 신호 a를 검출한다(533단계). 그리고, 상기 이동국 2(560)는 채널 상태가 반영된 신호 U2를 수신하고(535단계), 상기 신호 U2와 이미 알고 있는 신호 d를 XOR 연산하여 신호 b를 검출한다(537단계).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 무선 통신 시스템에서 릴레이 노드가 신호를 중계하는 과정을 도시한 흐름도이다.
상기 도 6을 참조하면, 먼저 602단계에서 상기 릴레이 노드는 기지국으로부터 제1 신호를 수신하고 604단계로 진행한다. 여기서, 상기 제1 신호는 MIMO 방식을 이용하여 생성된 신호이며, 이동국으로 송신되어야 하는 신호이다. 상기 604단계에서 상기 릴레이 노드는 이동국으로부터 제2 신호를 수신하고 606단계로 진행한 다. 여기서, 상기 릴레이 노드는 상기 제2 신호를 안테나 빔포밍 방식, 즉 SDMA 방식을 이용하여 다른 이동국의 신호와는 간섭되지 않도록 수신한다. 상기 606단계에서 상기 릴레이 노드는 상기 기지국 및 이동국으로부터 수신한 제1 신호 및 제2 신호에 대해 네트워크 코딩 기법에 따른 XOR 연산을 수행하고 608단계로 진행한다. 상기 608단계에서 상기 릴레이 노드는 XOR 연산된 제3 신호를 기지국 및 이동국으로 송신한다. 이후, 상기 제3 신호를 수신한 기지국 및 이동국은 자신들이 송신한 제1 신호 및 제2 신호와 상기 제3 신호를 XOR 연산하여 검출된 신호를 이동국 또는 기지국에서 송신한 신호로 인지한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 릴레이를 수행하는 무선 통신 시스템에서 릴레이 노드가 기지국으로부터 MIMO 방식에 따른 신호를 수신하고, 이동국과는 SDMA 방식에 따라 신호를 송수신하며, 네트워크 코딩 기법을 사용함으로써 무선 자원 활용도 및 데이터 전송 효율을 향상시키는 이점이 존재한다.

Claims (11)

  1. 기지국, 이동국 및 릴레이 노드가 존재하는 무선 통신 시스템에서, 상기 릴레이 노드의 신호 중계 방법에 있어서,
    상기 릴레이 노드는 상기 기지국으로부터 제1 신호 방식에 따른 제1 신호를 수신하고, 상기 이동국으로부터 제2 신호 방식에 따른 제2 신호를 수신하는 과정과,
    상기 제1 신호와 제2 신호를 서로 배타적 논리합(XOR)하여 제3 신호를 생성하는 과정과,
    상기 제3 신호에 가중치 행렬이 곱해진 신호를 상기 기지국 및 이동국으로 송신하는 과정을 포함하는 릴레이 노드의 신호 중계 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호 방식은 다중입력 다중출력(MIMO: Multiple Input Multiple Output) 방식임을 특징으로 하는 릴레이 노드의 신호 송수신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 신호 방식은 공간분할다중접속(SDMA: Spatial Division Multiple Access) 방식임을 특징으로 하는 릴레이 노드의 신호 송수신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호는 기지국으로부터 이동국으로 송신되는 신호임을 특징으로 하는 릴레이 노드의 신호 송수신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 신호는 이동국으로부터 기지국으로 송신되는 신호임을 특징으로 하는 릴레이 노드의 신호 송수신 방법.
  6. 기지국, 이동국 및 릴레이 노드가 존재하는 무선 통신 시스템에서, 상기 이동국이 상기 기지국과 신호를 송수신하는 방법에 있어서,
    상기 이동국은 상기 기지국을 목적지로 하는 제1 신호를 상기 릴레이 노드로 송신하는 과정과,
    상기 릴레이 노드로부터 상기 기지국이 이동국을 목적지로 송신하는 제2 신호와 상기 제1 신호를 배타적 논리합(XOR)하고 가중치 행렬이 곱해진 후 무선 채널을 통과한 제3 신호를 수신하는 과정과,
    상기 제3 신호와 이미 알고 있는 제1 신호를 배타적 논리합하여 상기 기지국으로부터 송신된 제2 신호를 검출하는 과정을 포함하는 이동국이 기지국과 신호를 송수신하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 신호는 다중 안테나 사용에 따른 다중입력 다중출력(MIMO) 방식을 이용한 신호이며, 상기 제3 신호는 안테나 빔포밍(beamforming) 방식을 이용한 신호임을 특징으로 하는 이동국이 기지국과 신호를 송수신하는 방법.
  8. 기지국, 이동국 및 릴레이 노드가 존재하는 무선 통신 시스템에서, 상기 기지국이 상기 이동국과 신호를 송수신하는 방법에 있어서,
    상기 기지국은 상기 이동국을 목적지로 하는 제1 신호를 상기 릴레이 노드로 송신하는 과정과,
    상기 릴레이 노드로부터 상기 이동국이 기지국을 목적지로 송신하는 제2 신호와 상기 제1 신호의 배타적 논리합(XOR)하고 가중치 행렬이 곱해진 후 무선 채널을 통과한 제3 신호를 수신하는 과정과,
    상기 제3 신호와 이미 알고 있는 제1 신호를 배타적 논리합하여 상기 이동국으로부터 송신된 제2 신호를 검출하는 과정을 포함하는 기지국이 이동국과 신호를 송수신하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 신호는 다중 안테나 사용에 따른 다중입력 다중출력(MIMO) 방식을 이용한 신호이며, 상기 제2 신호는 안테나 빔포밍(beamforming) 방식을 이용한 신호임을 특징으로 하는 기지국이 이동국과 신호를 송수신하는 방법.
  10. 무선 통신 시스템에서, 신호 송수신 시스템에 있어서,
    기지국, 릴레이 노드 및 이동국을 포함하며,
    상기 기지국은 다중입력 다중출력(MIMO) 방식을 사용하여 상기 이동국을 목적지로 하는 제1 신호를 상기 릴레이 노드로 송신하고, 이후 상기 릴레이 노드로부터 제2 신호를 수신하면 상기 제2 신호와 상기 제1 신호를 배타적 논리합(XOR)하여 상기 이동국이 송신한 제3 신호를 검출하며,
    상기 릴레이 노드는 상기 기지국으로부터 상기 제1 신호를 수신하고, 상기 이동국으로부터 제3 신호를 수신하고, 상기 제1 신호와 제3 신호를 서로 배타적 논리합(XOR)하여 제2 신호를 생성하고, 상기 제2 신호를 상기 기지국및 상기 이동국으로 공간 분할 다중 접속(SDMA) 방식으로 송신하며,
    상기 이동국은 상기 릴레이 노드로 제3 신호를 송신하고, 상기 릴레이 노드로부터 제2 신호를 MIMO 방식을 사용하여 수신하면 상기 제2 신호와 상기 제3 신호를 배타적 논리합하여 상기 기지국이 송신한 제1 신호를 검출함을 특징으로 하는 신호 송수신 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기지국은 최소 평균 제곱 에러(MMSE: Minimum Mean Squared Error) 방식을 이용하여 상기 제2 신호를 검출함을 특징으로 하는 신호 송수신 시스템.
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