KR100955800B1

KR100955800B1 - Wireless communication system using multiple antennas and method of controlling the same and recording medium using it

Info

Publication number: KR100955800B1
Application number: KR1020070117531A
Authority: KR
Inventors: 김동우; 이인호
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2007-11-16
Filing date: 2007-11-16
Publication date: 2010-05-06
Also published as: KR20090050870A

Abstract

본 발명은 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템 및 그 제어방법과 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로서, 본 시스템은, 코드화된 복수개의 송신데이터를 복수개의 수신안테나를 통해 수신하는 수신부와; 상기 각 수신안테나로 수신된 코드화된 신호를 상기 각 송신데이터로 분리하는 신호 분리부와; 상기 각 송신데이터를 코드화하는 코드화기와; 상기 코드화된 송신데이터를 증폭하여 복수개의 송신안테나를 통해 목적지로 전달하는 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 다중 안테나를 이용하는 멀티 홉 시스템에서 소스 노드로부터 수신된 신호를 중계하는 릴레이 노드의 다중 안테나를 통해 제공되는 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며 간단한 구성으로 릴레이되는 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a wireless communication system using multiple antennas, a control method thereof, and a recording medium recording the same, comprising: a receiving unit receiving a plurality of coded transmission data through a plurality of receiving antennas; A signal separation unit for separating the coded signal received by each reception antenna into the respective transmission data; An encoder for encoding each transmission data; And amplifying unit amplifying the coded transmission data and transmitting the amplified transmission data to a destination through a plurality of transmission antennas. As a result, in a multi-hop system using multiple antennas, it is possible to obtain the diversity gain provided through the multiple antennas of the relay node relaying the signal received from the source node, and to improve the quality of the relayed signal with a simple configuration.

Description

WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING MULTIPLE ANTENNAS AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME AND RECORDING MEDIUM USING IT}

본 발명은 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템 및 그 제어방법과 이를 기록한 기록매체에 관한 것으로서, 다중 안테나를 이용하는 멀티 홉 시스템에서 소스로부터 수신된 신호를 릴레이 노드에서 분리한 후 인코딩하여 수신기로 전달함으로써, 릴레이 노드의 다중 안테나로부터 제공되는 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며 비교적 간단한 릴레이 구성으로 릴레이되는 신호의 품질을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템 및 그 제어방법과 이를 기록한 기록매체에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless communication system using a multi-antenna and a control method thereof, and a recording medium recording the same, by separating a signal received from a source in a multi-hop system using a multi-antenna at a relay node, encoding and transmitting the signal to a receiver. The present invention relates to a wireless communication system using multiple antennas capable of obtaining diversity gain provided from multiple antennas of a relay node and improving the quality of a relayed signal with a relatively simple relay configuration, and a control method thereof and a recording medium recording the same.

현재 무선 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 시스템이다. 멀티 홉 시스템은 셀 커버리지(coverage) 외곽에 존재하는 노드(node)들의 통신을 위해 적은 비용으로 설계된 릴레이(relay) 노드가 외곽에 존재하는 노드들로 신호를 중계한다. 이와 같이, 소스와 최종 수신기 사이의 노드를 릴레이로 이용함으로써 실질적인 통신거리를 단축시켜 신호 왜곡을 보완하고 서비스 영역을 확장시킬 수 있다.Currently, wireless communication systems are being researched to provide a higher transmission rate and to expand a wireless transmission range, that is, a service area. A proposed multi-hop system is to extend this service area. In a multi-hop system, a relay node designed for low-cost communication for nodes existing outside of cell coverage relays a signal to nodes located outside. In this way, by using the node between the source and the final receiver as a relay, the actual communication distance can be shortened to compensate for signal distortion and extend the service area.

이러한 멀티 홉 시스템은 다중경로 페이딩을 완화시키기 위해, 다수개의 송신 안테나와 다수개의 수신 안테나를 사용하는 다중 입력 다중 출력(MIMO : Multiple Input Multiple Output) 방식을 사용할 수 있다. MIMO 방식은 일종의 시공간 부호화(STC : Space-Time Coding) 방식으로서, 미리 설정된 부호화 방식으로 부호화된 신호를 다수개의 송신 안테나들을 사용하여 송신함으로써 시간 영역(time domain)에서의 부호화 방식을 공간 영역(space domain)으로 확장하여 보다 낮은 에러율을 달성하는 방식이다. Such a multi-hop system may use a multiple input multiple output (MIMO) scheme using multiple transmit antennas and multiple receive antennas to mitigate multipath fading. The MIMO scheme is a kind of space-time coding (STC) scheme, in which a coding scheme in the time domain is transmitted by using a plurality of transmitting antennas. domain to achieve lower error rates.

안테나 다이버시티 방식을 효율적으로 적용하기 위해 알라모티(Alamouti)에 의하여 제안된 시공간 블록부호 기법('A simple transmit diversity technique for wireless communications', IEEE JSAC, vol. 16, no. 8, Oct. 1998)은 송수신기에 다수의 안테나를 사용하여 무선채널에서의 페이딩을 극복하는 대표적인 송신 다이버시티 기술이다. 상기 기법은 2개의 송신 안테나를 사용하는 전송기법으로서, 다이버시티 등급(diversity order)이 송신 안테나 개수와 수신 안테나 개수의 곱으로 최대의 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 기술이다.Space-time block coding scheme proposed by Alamouti for the efficient application of antenna diversity scheme ('A simple transmit diversity technique for wireless communications', IEEE JSAC, vol. 16, no. 8, Oct. 1998) Is a representative transmit diversity technique that uses multiple antennas in the transceiver to overcome fading in the radio channel. The above technique is a transmission technique using two transmit antennas, in which a diversity order is obtained by obtaining a maximum diversity gain by multiplying the number of transmit antennas and the number of receive antennas.

한편, 멀티 홉 시스템의 성능은 릴레이의 전송 방식에 큰 영향을 받는다. 대표적인 릴레이 방식으로는 AF(Amplify-and-Forward)와 DF(Decode-and-Forward)가 있다. AF는 수신신호를 단순히 증폭하여 재전송하는데 반해, DF는 수신신호를 디코딩(decoding)한 후 이를 다시 인코딩(encoding)하여 전송(Relay)한다. 따라서, AF 방식은 릴레이에서의 디코딩 과정 없이 재전송하는 것이기 때문에 릴레이가 수신할 때 받은 노이즈(Noise)가 전송 시 증폭이 되는 문제가 있으며, 릴레이 노드의 다중 안테나로부터 제공되는 다이버시티 이득을 얻지 못한다. 반면, DF 방식은 릴레이 노드가 수신신호들을 디코딩한 후 다시 인코딩하여 전달하기 때문에 릴레이 노드의 다중 안테나로부터 제공되는 다이버시티 이득을 얻을 수 있으나, 시스템 구성이 복잡해 지는 문제점이 있다.On the other hand, the performance of the multi-hop system is greatly affected by the transmission method of the relay. Representative relay methods include Amplify-and-Forward (AF) and Decode-and-Forward (DF). The AF simply amplifies and retransmits the received signal, whereas the DF decodes the received signal and then encodes and retransmits the received signal. Therefore, since the AF scheme retransmits without decoding in the relay, there is a problem in that the noise received when the relay receives is amplified during transmission, and does not obtain the diversity gain provided from the multiple antennas of the relay node. On the other hand, in the DF scheme, since the relay node decodes the received signals and then encodes and transfers the received signals again, the diversity gain provided from the multiple antennas of the relay node may be obtained, but the system configuration becomes complicated.

따라서, 본 발명이 해결하고자 과제는, 다중 안테나를 이용하는 멀티 홉 시스템에서 소스로부터 수신된 신호를 릴레이 노드에서 분리한 후 인코딩하여 수신기로 전달함으로써, 릴레이 노드의 다중 안테나로부터 제공되는 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며 비교적 간단한 릴레이 구성으로 릴레이되는 신호의 품질을 향상시킬 수 있는 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템 및 그 제어방법과 이를 기록한 기록매체를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to obtain a diversity gain provided from multiple antennas of a relay node by separating and encoding a signal received from a source at a relay node and transmitting the signal received from a source to a receiver in a multi-hop system using multiple antennas. The present invention provides a wireless communication system using multiple antennas, a control method thereof, and a recording medium recording the same.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 코드화된 복수개의 송신데이터를 복수개의 수신안테나를 통해 수신하는 수신부와; 상기 각 수신안테나로 수신된 코드화된 신호를 상기 각 송신데이터로 분리하는 신호 분리부와; 상기 각 송신데이터를 코드화하는 코드화기와; 상기 코드화된 송신데이터를 증폭하여 복수개의 송신안테나를 통해 목적지로 전달하는 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템을 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention includes a receiving unit for receiving a plurality of coded transmission data through a plurality of receiving antennas; A signal separation unit for separating the coded signal received by each reception antenna into the respective transmission data; An encoder for encoding each transmission data; It provides a wireless communication system using a multi-antenna comprising amplifying unit for amplifying the coded transmission data to deliver to the destination through a plurality of transmission antennas.

여기서, 상기 수신부는, 직교 시공간 블록 부호화(Orthogonal Space-Time Block Code, OSTBC)신호를 수신하는 적어도 한 쌍의 수신 안테나를 포함하는 것이 가능하다.Here, the receiver may include at least one pair of receiving antennas for receiving an orthogonal space-time block code (OSTBC) signal.

그리고, 상기 신호 분리부는, 상기 각 수신안테나로 수신된 코드화된 신호를 제곱 방법(squaring method)을 적용하여 상기 각 송신데이터로 분리하는 것이 가능 하다.The signal separation unit may separate the coded signals received by the reception antennas into the transmission data by applying a squaring method.

또한, 상기 각 송신데이터는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)방식으로 변조된 신호인 것이 가능하다.In addition, each transmission data may be a signal modulated by a quadrature amplitude modulation (QAM) method.

그리고, 상기 코드화기는, 상기 각 송신데이터를 알라모티(Alamouti)방식으로 코드화하여 출력하는 것이 가능하다.The coder can code and transmit the respective transmission data in an Alamouti method.

그리고, 상기 증폭부는, 다음의 수학식을 이용하여 증폭 게인(G)을 산출하는 것이 가능하다.The amplification unit can calculate the amplification gain G using the following equation.

(여기서, P는 상기 송신데이터를 최초 송신한 소스 노드와 이를 중계하는 릴레이 노드의 송신전력,

는 소스 노드의 i번째 송신 안테나와 릴레이 노드의 j번째 수신 안테나 간의 채널 계수,

은 잡음전력을 나타낸다.)Where P is the transmission power of the source node that originally transmitted the transmission data and the relay node relaying it,

Is the channel coefficient between the i th transmit antenna of the source node and the j th receive antenna of the relay node,

Indicates noise power.)

한편, 상기 과제는 본 발명의 다른 분야에 따르면, 코드화된 복수개의 송신데이터를 복수개의 수신안테나를 통해 수신하는 단계와; 상기 각 수신안테나로 수신된 코드화된 신호를 상기 각 송신데이터로 분리하는 단계와; 상기 각 송신데이터를 코드화하는 단계와; 상기 코드화된 송신데이터를 증폭하여 복수개의 송신안테나를 통해 목적지로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템의 제어방법에 의해서도 해결될 수 있다.On the other hand, according to another aspect of the present invention, the step of receiving a plurality of coded transmission data through a plurality of receiving antennas; Separating the coded signal received by each receiving antenna into the respective transmission data; Encoding each transmission data; It can also be solved by a control method of a wireless communication system using multiple antennas, comprising amplifying the coded transmission data and delivering the encoded transmission data to a destination through a plurality of transmission antennas.

여기서, 상기 코드화된 복수개의 송신데이터를 복수개의 수신안테나를 통해 수신하는 단계는, 직교 시공간 블록 부호화(Orthogonal Space-Time Block Code, OSTBC)신호를 수신하는 적어도 한 쌍의 수신 안테나를 통해 상기 코드화된 송신데이터를 수신하는 단계를 포함하는 것이 가능하다.The receiving of the coded plurality of transmission data through a plurality of reception antennas may include encoding the at least one pair of receiving antennas to receive an orthogonal space-time block code (OSTBC) signal. It is possible to include the step of receiving the transmission data.

그리고, 상기 각 수신안테나로 수신된 코드화된 신호를 상기 각 송신데이터로 분리하는 단계는, 상기 각 수신안테나로 수신된 코드화된 신호를 제곱 방법(squaring method)을 적용하여 상기 각 송신데이터로 분리하는 단계를 포함하는 것이 가능하다.The separating of the coded signals received by the receiving antennas into the respective transmission data comprises: separating the coded signals received by the receiving antennas into the respective transmission data by applying a squaring method. It is possible to include a step.

여기서, 상기 각 송신데이터는 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)방식으로 변조된 신호인 것이 가능하다.Here, each of the transmission data may be a signal modulated by a quadrature amplitude modulation (QAM) method.

그리고, 상기 각 송신데이터를 코드화하는 단계는, 상기 각 송신데이터를 알라모티(Alamouti)방식으로 코드화하여 출력하는 단계를 포함하는 것이 가능하다.The encoding of the transmission data may include encoding the transmission data in an Alamouti method and outputting the same.

그리고, 상기 코드화된 송신데이터를 증폭하여 복수개의 송신안테나를 통해 목적지로 전달하는 단계는, 다음의 수학식을 이용하여 증폭 게인(G)을 산출하는 단계를 포함하는 것이 가능하다.The amplifying the coded transmission data and delivering the encoded transmission data to the destination through the plurality of transmission antennas may include calculating an amplification gain G using the following equation.

(여기서, P는 상기 송신데이터를 최초 송신한 소스 노드와 이를 중계하는 릴 레이 노드의 송신전력,

은 잡음전력을 나타낸다.)Where P is the transmission power of the source node that initially transmitted the transmission data and the relay node relaying it,

Indicates noise power.)

또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템의 제어방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.In addition, in order to solve the above problems, the present invention provides a computer-readable recording medium recording a program for executing a control method of a wireless communication system using multiple antennas in a computer.

본 발명의 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템 및 그 제어방법과 이를 기록한 기록매체에 의하면, 다중 안테나를 이용하는 멀티 홉 시스템에서 소스로부터 수신된 신호를 릴레이 노드에서 분리한 후 인코딩하여 수신기로 전달한다. 따라서, 릴레이 노드의 다중 안테나로부터 제공되는 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며 비교적 간단한 릴레이 구성으로 릴레이되는 신호의 품질을 향상시킬 수 있다.According to a wireless communication system using a multi-antenna of the present invention, a control method thereof, and a recording medium recording the same, a signal received from a source is separated from a relay node in a multi-hop system using a multi-antenna, encoded, and transmitted to a receiver. Thus, the diversity gain provided from the multiple antennas of the relay node can be obtained and the quality of the relayed signal can be improved with a relatively simple relay configuration.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.However, embodiments of the present invention illustrated below may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the invention are provided to more fully illustrate the invention to those skilled in the art.

도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템의 구성도이 다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 무선통신 시스템은 신호를 송신하는 소스 노드(10)와, 신호를 수신하는 목적지 노드(30)와, 소스 노드(10)의 신호를 노드로 전달하는 릴레이 노드(20)를 포함하는 다중 홉 방식으로 구현되며, 각 노드는 두 개의 안테나를 이용하여 신호를 송수신한다.1 is a block diagram of a wireless communication system using multiple antennas according to the present invention. As shown in FIG. 1, the wireless communication system includes a source node 10 for transmitting a signal, a destination node 30 for receiving a signal, and a relay node for transmitting a signal from the source node 10 to the node ( 20 is implemented in a multi-hop scheme, each node transmits and receives signals using two antennas.

소스 노드(10)는 송신 대상 데이터를 알라모티 코드화하여 두 개의 송신 안테나를 통해 릴레이 노드(20)로 송신한다. The source node 10 transmits an Alamothi coded data to be transmitted to the relay node 20 through two transmission antennas.

릴레이 노드(20)는 두 개의 수신 안테나로 수신된 신호를 두 개의 신호로 분리한 후 그 분리된 신호를 다시 알라모티 코드화하여 목적지 노드(30)로 송신한다. The relay node 20 separates the signal received by the two receiving antennas into two signals and transmits the separated signal to Alamoti coded again to the destination node 30.

목적지 노드(30)는 릴레이 노드(20)로부터 수신한 신호들을 최대 우도 검출 기법을 이용하여 두 개의 송신 심벌들을 복원한다. The destination node 30 recovers the signals received from the relay node 20 using two maximum likelihood detection techniques.

이와 같이, 본 발명은 릴레이 노드(20)가 신호를 분리하여 인코딩하여 전달함으로 릴레이 노드(20)의 다중 안테나로부터 제공되는 다이버시티 이득을 얻을 수 있고 잡음이 증폭되는 것을 방지할 수 있어 종래의 증폭 후 전달방식(Amplify-and-Forward, AF)에 반해 신호의 증폭 및 전달 성능이 향상된다. 또한, 릴레이 노드(20)에서 디코딩을 수행하지 않기 때문에 디코딩 후 전달방식(Decode-and-Forward, DF)에 반해 시스템 구성이 단순해 지는 장점이 있다.As described above, the present invention can obtain the diversity gain provided from the multiple antennas of the relay node 20 by separating, encoding, and transmitting the signal, and thus preventing the noise from being amplified. Amplify-and-forward (AF) improves signal amplification and propagation. In addition, since the relay node 20 does not perform decoding, there is an advantage in that the system configuration is simplified in contrast to the decode-and-forward (DF) method.

도 2는 신호를 송신하는 소스 노드(10)의 제어 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 소스 노드(10)는, 송신 대상이 되는 데이터 소스(12)와, 데이터 소스(12)에서 제공되는 데이터를 변조하는 변조기(14)와, 변조된 데이터를 시공간 블록 부호화(Space Time Block Coding, 이하, STBC라 함)하여 두 개의 안테나(Tx1_S, Tx2_S)를 통해 송신하는 STBC 부호화기_S(16)를 포함한다.2 is a control block diagram of a source node 10 transmitting a signal. As shown in FIG. 2, the source node 10 includes a data source 12 to be transmitted, a modulator 14 for modulating data provided from the data source 12, and a space-time block for modulated data. A STBC encoder_S 16 is coded (Space Time Block Coding, hereinafter referred to as STBC) and transmitted through two antennas Tx1_S and Tx2_S.

변조기(14)는 데이터 소스(12)에서 입력되는 데이터를 미리 설정된 변조 방식으로 변조하여 변조 심벌들을 출력한다. 여기서, 상기 미리 설정된 변조 방식은 BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), QAM(Quadrature Amplitude Modulation), PAM(Pulse Amplitude Modulation), PSK(PhaseShift Keying) 등과 같은 변조방식들 중 어느 한 방식이 될 수 있으며, 본 설명에서는 피변조(반송파)의 진폭과 위상의 쌍방을 조합하여 이용하는 직교 진폭 변조방식인 QAM 방식을 이용하는 경우를 예시하기로 한다.The modulator 14 modulates data input from the data source 12 in a preset modulation scheme and outputs modulation symbols. Here, the preset modulation scheme may be any one of modulation schemes such as binary phase shift keying (BPSK), quadrature phase shift keying (QPSK), quadrature amplitude modulation (QAM), pulse amplitude modulation (PAM), phase shift keying (PSK), and the like. In the present description, a case in which the QAM method, which is an orthogonal amplitude modulation method using a combination of both amplitude and phase of a modulated wave (carrier), is used.

STBC 부호화기_S(16)는 변조된 데이터를 시공간 블록 부호화하여 다수개의 안테나(Tx1_S, Tx2_S)를 통해 송신하며, 특히, 본 발명의 실시 예에서는 STBC 부호화기_S(16)가 알라모티(Alamouti) 방식으로 신호를 시공간 블록 부호화하여 출력하는 경우를 예시하기로 한다. 이에, STBC 부호화기_S(16)는 일정 시간 간격으로 입력되는 두 개의 송신 심벌

,

를 2개의 공간 영역 및 2개의 시간 영역으로 시공간 부호화를 수행하여 4개의 부호화 신호를 생성한다. 이에, 알라모티 코드와 되어 송신되는 신호는 다음의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.The STBC encoder _ S 16 transmits the space-time block encoding of the modulated data through a plurality of antennas Tx1_S and Tx2_S. A case in which a signal is output by performing space-time block encoding in a method described above will be described. Accordingly, the STBC encoder_S 16 transmits two transmission symbols input at predetermined time intervals.

,

Is space-time encoded into two spatial domains and two temporal domains to generate four encoded signals. Accordingly, the signal transmitted in conjunction with the Alamoti code may be represented by Equation 1 below.

여기서, 행렬X의 행은 송신 안테나 축을 의미하고, 열은 시간 축을 의미하며 *는 켤레 복소수를 의미한다. 이에, [수학식 1]에 따르면, STBC 부호화기_S(16)는 소정 시간에서 제1안테나(Tx1_S)를 통해

을 출력하고 제2안테나(Tx2_S)를 통해

를 송신한다. 그리고, 다음 시간에는 제1안테나(Tx1_S)를 통해 신호

을 출력하고 제2안테나(Tx2_S)를 통해

를 송신한다. 이에, 소스 노드(10)가 송신한 신호를 전달하는 릴레이 노드(20)의 구성은 도 3에 도시된 바와 같다.Here, the row of the matrix X means the transmit antenna axis, the column means the time axis and * means the conjugate complex number. Accordingly, according to [Equation 1], the STBC encoder _ S (16) through the first antenna (Tx1_S) at a predetermined time.

Through the second antenna (Tx2_S)

Send. Next time, the signal is transmitted through the first antenna Tx1_S.

Through the second antenna (Tx2_S)

Send. Thus, the configuration of the relay node 20 for transmitting the signal transmitted from the source node 10 is as shown in FIG.

도 3은 릴레이 노드(20)의 제어 블록도로서, 릴레이 노드(20)는, 2개의 수신 안테나(Rx1_R, Rx2_R)를 통해 소스 노드(10)의 신호를 수신하는 수신부_R(22)와, 수신된 신호를 분리하는 신호 분리부(24)와, 분리된 신호를 다시 STBC 코드로 코딩하는 STBC 부호화기_R(26)와, 코딩된 신호를 증폭하여 2개의 송신 안테나(Tx1_R, Tx2_R)를 통해 목적지 노드(30)로 전송하는 증폭부(28)를 포함한다.3 is a control block diagram of the relay node 20. The relay node 20 includes a receiver_R 22 which receives signals from the source node 10 through two reception antennas Rx1_R and Rx2_R. A signal separation unit 24 for separating the received signal, an STBC encoder_R 26 for recoding the separated signal into an STBC code, and amplifying the coded signal through two transmission antennas Tx1_R and Tx2_R. It includes an amplifier 28 for transmitting to the destination node (30).

수신부_R(22)은 2개의 수신 안테나(Rx1_R, Rx2_R)를 통해 소스 노드(10)의 신호를 수신하며, 수신된 신호는 다음의 [수학식 2]와 같이 표시할 수 있다.The receiver _R 22 receives signals of the source node 10 through two reception antennas Rx1_R and Rx2_R, and the received signal may be expressed as shown in Equation 2 below.

여기서,

은 릴레이 노드(20)에서 t번째 슬롯에 j번째 수신 안테나의 수신신호를 나타내며,

은 t번째 슬롯에 j번째 수신 안테나의 잡음을 의미한다. 그리고,

는 소스 노드(10)의 i번째 송신 안테나와 릴레이 노드(20)의 j번째 수신 안테나(Rx1_R, Rx2_R) 간의 채널 계수를 의미한다.here,

Denotes the received signal of the j th receive antenna in the t th slot in the relay node 20,

Denotes the noise of the j-th receiving antenna in the t-th slot. And,

Denotes a channel coefficient between the i th transmit antenna of the source node 10 and the j th receive antennas Rx1_R and Rx2_R of the relay node 20.

이에, 신호 분리부(24)는 직교 시공간 부호의 신호 분리 방법으로 널리 알려진 제곱방법(squaring method))('A squaring method to simplify the decoding of orthogonal space-time block code, IEEE Transactions on communications, vol. 49, no. 10, Oct. 2001)을 [수학식 2]에 적용하여, 다음의 [수학식 3]과 같이

로 분리된 두 개의 신호를 얻을 수 있다.Accordingly, the signal separation unit 24 is a squaring method widely known as a signal separation method of an orthogonal space-time code ('A squaring method to simplify the decoding of orthogonal space-time block code, IEEE Transactions on communications, vol. 49, no. 10, Oct. 2001) is applied to [Equation 2], as shown in [Equation 3] below

We can get two signals separated by.

여기서, 신호 분리부(24)에서 분리된

는 피변조(반송파)의 진폭과 위상의 쌍방을 조합하여 이용하는 직교 진폭 변조방식인 QAM 방식으로 변조된 신호로서 각 신호는 STBC 부호화기_R(26)로 전달된다.Here, separated from the signal separator 24

Is a signal modulated by the QAM method, which is an orthogonal amplitude modulation method using a combination of both amplitude and phase of a modulated wave (carrier), and each signal is transmitted to the STBC encoder_R26.

STBC 부호화기_R(26)는 분리된 두 개의 신호

를 [수학식 1]을 이용하여 알라모티 코드화하며, 증폭부(28)는 코드화된 신호에 증폭 게인(G)을 곱하여 en 개의 안테나를 통해 목적지 노드(30)로 송신한다.STBC encoder_R (26) is divided into two signals

The Alamothi coded using [Equation 1], the amplifier 28 multiplies the coded signal by the amplification gain (G) and transmits to the destination node (30) through the en antennas.

여기서, 증폭부(28)는

의 송신출력을 릴레이 노드(20)의 송신 전력에 맞추어야 한다. 이에, 소스 노드(10)와 릴레이 노드(20)의 송신 전력을 P라 하고, 각 송신 안테나에 전력이 균일하게 나눠진다고 가정하면, 다음의 [수학식 4]를 이용하여 증폭 게인(G)을 얻을 수 있다.Here, the amplifier 28

The transmission power of must match the transmission power of the relay node 20. Therefore, assuming that the transmission powers of the source node 10 and the relay node 20 are P, and assuming that power is uniformly divided among the transmission antennas, the amplification gain G is expressed using Equation 4 below. You can get it.

여기서,

은 잡음전력을 의미한다.here,

Means noise power.

도 4는 목적지 노드(30)의 제어 블록도로서, 목적지 노드(30)는, 2개의 수신 안테나(Rx1_D, Rx2_D)를 통해 릴레이 노드(20)의 신호를 수신하는 수신부_D(32)와, 수신된 신호를 디코딩하는 디코딩부(34)를 포함한다.4 is a control block diagram of the destination node 30. The destination node 30 includes a receiver_D 32 which receives a signal from the relay node 20 through two reception antennas Rx1_D and Rx2_D. And a decoding unit 34 for decoding the received signal.

수신부_D(32)는 2개의 수신 안테나(Rx1_D, Rx2_D)를 통해 릴레이 노드(20)의 신호를 수신하며, 수신된 신호는 다음의 [수학식 5]와 같이 표시할 수 있다.The receiver _D 32 receives signals of the relay node 20 through two reception antennas Rx1_D and Rx2_D, and the received signal may be expressed as shown in Equation 5 below.

여기서,

는 소스 노드(10)의 i번째 송신 안테나와 릴레이 노드(20)의 j번째 수신 안테나 간의 채널 계수를 의미한다.here,

Denotes the noise of the j-th receiving antenna in the t-th slot. And,

Denotes a channel coefficient between the i th transmit antenna of the source node 10 and the j th receive antenna of the relay node 20.

디코딩부(34)는 직교 시공간 부호의 신호 분리 방법으로 널리 알려진 제곱방법(squaring method)('A squaring method to simplify the decoding of orthogonal space-time block code, IEEE Transactions on communications, vol. 49, no. 10, Oct. 2001)을 [수학식 5]에 적용하여, 소스 노드(10)가 송신한

,

를 추정하여

를 디코딩할 수 있다. 이에, 디코딩부(34)의 추정하는

는 다음의 [수학식 6]과 같이 표시할 수 있다.Decoding unit 34 is a squaring method ('A squaring method to simplify the decoding of orthogonal space-time block code, IEEE Transactions on communications, vol. 49, no. 10, Oct. 2001) is applied to Equation 5, and the source node 10 transmits

,

By estimating

Can be decoded. Thus, the estimation of the decoding unit 34

Can be expressed as in Equation 6 below.

여기서, 디코딩부(34)는 모든 송신 안테나에서 송신 가능한 심벌들을 모두 대입해서 최소 에러를 가지는 심벌을 선택하는 최대우도검출(Maximum Likelihood Detection: ML)방식을 이용함으로써, 구현 복잡도를 감소시키면서도 성능을 크게 향상시킬 수 있다.Here, the decoder 34 uses maximum likelihood detection (ML) that selects a symbol having a minimum error by substituting all transmittable symbols from all transmit antennas, thereby greatly improving performance while reducing implementation complexity. Can be improved.

여기서, 최대우도검출 식은 직교 시공간 부호의 신호 처리 시 사용하도록 알려진 다음의 [수학식 7]을 적용할 수 있다.('A squaring method to simplify the decoding of orthogonal space-time block code, IEEE Transactions on communications, vol. 49, no. 10, Oct. 2001)Here, the maximum likelihood detection equation may apply the following Equation 7 known to be used for signal processing of an orthogonal space-time code ('A squaring method to simplify the decoding of orthogonal space-time block code, IEEE Transactions on communications). , vol. 49, no. 10, Oct. 2001)

여기서, D_k는 수신된 신호 결정 매트릭스(decision matrix)이다.Where D _k is the received signal decision matrix.

도 5는 본 발명에 따른 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템의 신호 송수신 방법의 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating a signal transmission / reception method of a wireless communication system using multiple antennas according to the present invention.

소스 노드(10)는 전송 대상 데이터를 직교 시공간 부호(STBC) 형태로 릴레이 노드(20)로 송신한다(S10). 여기서, 소스 노드(10)는 데이터를 알라모티 코드화 방식으로 코딩하여 2개의 안테나(Tx1_S, Tx2_S)를 통해 송신할 수 있다.The source node 10 transmits the transmission target data to the relay node 20 in the form of orthogonal space time code (STBC) (S10). Here, the source node 10 may code the data in an Alamothi coding scheme and transmit the data through two antennas Tx1_S and Tx2_S.

릴레이 노드(20)는 소스 노드(10)로부터 수신된 신호를 분리한다(S12). 이에, 소스 노드(10)가 2개의 안테나(Tx1_S, Tx2_S)를 통해 알라모티 코드를 송신한 경우, 릴레이 노드(20)는 수신된 신호를 두 개의 신호로 분리한다.The relay node 20 separates the signal received from the source node 10 (S12). Accordingly, when the source node 10 transmits the Alamoti code through two antennas Tx1_S and Tx2_S, the relay node 20 splits the received signal into two signals.

릴레이 노드(20)는 분리된 각 신호를 다시 STBC로 인코딩한다(S14). 릴레이 노드(20)는 소스 노드(10)에서 송신한 알라모티 코드를 분리한 후 다시 알라모티 코드화 방식으로 코딩한다.The relay node 20 encodes the separated signals back to STBC (S14). The relay node 20 separates the Alamoti code transmitted from the source node 10 and codes the Alamoti coded method again.

릴레이 노드(20)는 코딩된 신호를 소정 게인으로 증폭한 후(S16), 증폭된 신호를 목적지 노드(30)로 송신한다(S18). 릴레이 노드(20)의 증폭 비율은 릴레이 노드(20)의 송신전력 및 소스 노드(10)의 송신전력에 기초하여 적절한 증폭 비율을 산출할 수 있다.The relay node 20 amplifies the coded signal with a predetermined gain (S16), and then transmits the amplified signal to the destination node 30 (S18). The amplification ratio of the relay node 20 may calculate an appropriate amplification ratio based on the transmission power of the relay node 20 and the transmission power of the source node 10.

이에, 목적지 노드(30)는 릴레이 노드(20)로부터 신호를 수신하여 디코딩 한다(S20). 전달된 신호가 2개의 안테나를 이용하여 송수신되는 알라모티 코드 형식 일 경우, 목적지 노드(30)는 최대 우도(Maximum Likelihood) 방식으로 수신신호를 예측함으로써, 목적지 노드(30)의 구현 복잡도를 현저히 감소시킬 수 있다.Accordingly, the destination node 30 receives and decodes a signal from the relay node 20 (S20). When the transmitted signal is in the form of Alamothi code transmitted and received using two antennas, the destination node 30 predicts the received signal in a maximum likelihood manner, thereby significantly reducing the implementation complexity of the destination node 30. You can.

도 6은 본 발명에 따른 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템의 평균 비트 오차율 성능을 시뮬레이션한 결과 그래프이다. 여기서, 변조방식으로 16-ary QAM(quadrature amplitude modulation)과 QPSK(quadrature phase shift keying)를 이용하고, 복소 채널 계수

와

은 평균 0과 분산 1인 복소 가우시안 랜덤 변수라고 가정하여 시뮬레이션한 것이다.6 is a graph showing a simulation result of average bit error rate performance of a wireless communication system using multiple antennas according to the present invention. Here, 16-ary quadrature amplitude modulation (QAM) and quadrature phase shift keying (QPSK) are used as modulation schemes, and complex channel coefficients are used.

Wow

The simulation assumes a complex Gaussian random variable with mean 0 and variance 1.

도 6의 그래프에서 x축은 평균 송신신호 대 잡음 비로

이다. 범례의 AF, DF, DCF는 각각 증폭 후 전달, 디코딩 후 전달, 신호 분리 후 전달방식을 의미하고, 범례의 괄호 안의 숫자는 각각 소스 노드(10)의 안테나 개수, 릴레이 노드(20)의 안테나 개수, 목적지 노드(30)의 안테나 개수를 의미한다. AF의 성능은 릴레이 노드(20)의 개수와 무관하게 동일한 성능을 갖는다. 제안된 DCF는 DF (2,1,2) 보다 좋은 성능을 보이며, DF (2,2,2)에 근접하는 비트 오차율 성능을 보인다. 즉, 동일한 안테나 조건하에서 DCF는 AF 보다 향상된 성능을 제공하며 DF와 유사한 성능을 보인다.In the graph of FIG. 6, the x-axis represents the average transmission signal to noise ratio.

to be. The AF, DF, and DCF of the legend mean after amplification, after decoding, and after signal separation, respectively, and the numbers in parentheses of the legend respectively indicate the number of antennas of the source node 10 and the number of antennas of the relay node 20, respectively. , Means the number of antennas of the destination node 30. The performance of AF has the same performance regardless of the number of relay nodes 20. The proposed DCF shows better performance than DF (2,1,2) and shows bit error rate performance close to DF (2,2,2). That is, under the same antenna conditions, DCF provides better performance than AF and shows similar performance to DF.

따라서, 본 발명에 따른 신호 분리 후 전달방식은 증폭 후 전달방식에서 얻지 못하는 다이버시티 이득을 얻어 디코딩 후 전달방식과 유사한 성능을 제공한다. 또한, 신호 분리 후 전달방식이 디코딩 후 전달방식보다 시스템 구성의 복잡성이 낮음에도 불구하고 디코딩 후 전달 방식과 유사한 성능을 제공한다는 점을 알 수 있다.Therefore, the post-separation propagation scheme according to the present invention obtains a diversity gain not obtained in the post-amplification propagation scheme and provides performance similar to that of the post-decoding propagation scheme. In addition, it can be seen that the post-separation propagation scheme provides similar performance to the post-decoding propagation scheme despite the lower complexity of the system configuration than the post-decoding propagation scheme.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 릴레이 노드가 소스 노드로부터 수신한 직교 시공간 부호인 알라모티 코드 신호를 두 개의 신호로 분리하여 다시 알라모티 코드를 만든 후 그 전송 코드를 증폭하여 목적지 노드로 전송한다. 따라서, 간단한 시스템 구성을 통해 모든 송수신 안테나로부터 제공되는 다이버시티 이득을 얻을 수 있음으로 서비스 영역을 용이하게 확장할 수 있으며 신호 송수신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. As described above, in the present invention, the relay node separates the Alamoti code signal, which is an orthogonal space-time code received from the source node, into two signals, generates an Alamoti code, and amplifies the transmission code to transmit to the destination node. Therefore, the diversity gain provided from all the transmit / receive antennas can be obtained through a simple system configuration, thereby easily extending the service area and improving the performance of the signal transmit / receive system.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the technical configuration of the present invention described above may be modified in other specific forms by those skilled in the art to which the present invention pertains without changing its technical spirit or essential features. It will be appreciated that it may be practiced. Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all aspects. In addition, the scope of the present invention is shown by the claims below, rather than the above detailed description. Also, it is to be construed that all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a wireless communication system using multiple antennas according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템의 신호 송수신 방법의 흐름도이다. 2 is a flowchart of a signal transmission / reception method of a wireless communication system using multiple antennas according to the present invention.

도 3은 도 2의 소스 노드의 제어 블록도이다.3 is a control block diagram of the source node of FIG. 2.

도 4는 도 2의 릴레이 노드의 제어 블록도이다.4 is a control block diagram of the relay node of FIG. 2.

도 5는 도 2의 목적지 노드의 제어 블록도이다.5 is a control block diagram of the destination node of FIG.

도 6은 본 발명에 따른 다중 안테나를 이용하는 무선통신 시스템의 평균 비트 오차율 성능을 시뮬레이션한 결과 그래프이다. 6 is a graph showing a simulation result of average bit error rate performance of a wireless communication system using multiple antennas according to the present invention.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for the main parts of the drawing ***

10 : 소스 노드 12 : 데이터 소스10: source node 12: data source

14 : 변조기 16 : STBC 부호화기_S14 modulator 16 STBC encoder_S

20 : 릴레이 노드 22 : 수신부_R20: relay node 22: receiver_R

24 : 신호 분리부 26 : STBC 부호화기_R24: signal separation unit 26: STBC encoder_R

28 : 증폭부 30 : 목적지 노드28: amplification unit 30: destination node

32 : 수신부_D 34 : 디코딩부32: receiver_D 34: decoder

Claims

A receiving unit for receiving a plurality of encoded transmission data through a plurality of receiving antennas;

A signal separation unit for separating the coded signal received by each reception antenna into the respective transmission data;

An encoder for encoding each transmission data;

Amplifying unit for amplifying the coded transmission data and transmitting the amplified transmission data to a destination through a plurality of transmission antennas;

And amplifying gain of the amplifying unit in consideration of transmission power and noise power of the amplifying unit.

The method of claim 1,

The receiving unit,

And at least one pair of receiving antennas for receiving an orthogonal space-time block code (OSTBC) signal.

The method of claim 1,

The signal separation unit,

A wireless communication system using multiple antennas, characterized in that the coded signal received by each receiving antenna is separated into each transmission data by applying a square method.

The method of claim 3, wherein

The transmission data is a wireless communication system using multiple antennas, characterized in that the signal modulated by a QAM (Quadrature Amplitude Modulation) method.

The method of claim 1,

The coder,

A wireless communication system using multiple antennas, characterized in that for outputting the transmission data by coding in the Alamouti (Alamouti) method.

The method of claim 1,

The amplification unit,

A wireless communication system using multiple antennas, characterized in that to calculate the amplification gain (G) using the following equation.

Where P is the transmission power of the source node that initially transmitted the transmission data and the relay node relaying it,

Indicates noise power.)

Receiving a plurality of encoded transmission data through a plurality of reception antennas;

Separating the coded signal received by each receiving antenna into the respective transmission data;

Encoding each transmission data;

Amplifying and transmitting the coded transmission data to a destination through a plurality of transmission antennas;

And controlling the amplification gain in consideration of the transmission power and the noise power when the coded transmission data is transmitted to the destination.

The method of claim 7, wherein

Receiving the coded plurality of transmission data through a plurality of reception antennas,

And receiving the coded transmission data through at least one pair of receiving antennas receiving an Orthogonal Space-Time Block Code (OSTBC) signal. Control method.

The method of claim 7, wherein

Separating the coded signal received by each receiving antenna into the respective transmission data,

And separating the coded signals received by the reception antennas into the respective transmission data by applying a squaring method.

The method of claim 9,

Wherein each transmission data is a signal modulated by a quadrature amplitude modulation (QAM) method.

The method of claim 7, wherein

Encoding the respective transmission data,

And coding each transmission data in an Alamouti scheme and outputting the encoded data.

The method of claim 7, wherein

Amplifying and transmitting the coded transmission data to a destination through a plurality of transmission antennas,

A method of controlling a wireless communication system using multiple antennas, comprising calculating amplification gain G using the following equation.

Where P is the transmission power of the source node that originally transmitted the transmission data and the relay node relaying it,

Indicates noise power.)

A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method of any one of claims 7 to 12.