KR101041483B1 - 릴레이 네트워크에서의 협력 전송장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 릴레이 네트워크에서의 중첩 코딩 또는 주파수 홉핑을 이용한 협력 전송을 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명에서는 송신 노드가 중첩 코딩에 의해 협력 전송할 신호들을 릴레이 노드로 전송한다. 그 후 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 코딩에 의해 상기 송신 노드로부터 수신한 신호들을 상기 송신 노드와의 협력에 의해 수신 노드로 전송한다. 이때 상기 송신 노드와 상기 릴레이 노드는 협력 전송을 위해 공간-시간, 공간-주파수, 공간-코드 블록 코드 중 하나의 블록 코딩 기법을 이용한다.
또한 본 발명에서는 송신 노드가 릴레이 노드와 협력하여 협력 공간-시간, 공간-주파수, 공간-코드 블록 코드 중 하나의 블록 코딩 기법을 이용하여 복수의 신호를 협력하여 전송하는 동안 송신 노드는 주어진 무선 자원을 통하여 현재 전송하는 신호에 영향을 미치지 않은 낮은 전력으로 다음 번 협력 전송 공간-시간, 공간-주파수, 공간-코드 블록 코드 방식으로 전송할 신호를 중첩 코딩 하여 릴레이 노드로 미리 전송하도록 한다.
릴레이 네트워크, 릴레이, 협력 전송, 주파수 홉핑, 중첩 전송

Description

릴레이 네트워크에서의 협력 전송장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR COPERATION TRANSMITTING IN A RELAY NETWORK}
본 발명은 릴레이 네트워크에서의 협력 전송장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 릴레이 네트워크에서 중첩 코딩 또는 주파수 홉핑을 이용한 협력 전송장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 기지국과 단말이 직접 통신하는 통신 시스템에서 단말기가 셀 외곽 지역 또는 음영 지역과 같이 신호 품질이 열악한 지역에 위치하게 되면 원활한 통신 서비스를 제공하기가 어렵다.
이 경우, 기지국이 적어도 두 개의 송신 안테나를 갖추고 있으면 추가적인 다이버시티 이득을 제공함으로써 신호 품질을 향상시킬 수 있다. 상기 다이버시티 이득을 제공하기 위해서는 Alamouti 코딩에 기반한 공간-시간 블록 코드, 공간-주파수 블록 코드, 공간-코드 블록 코드 등이 이용된다.
하지만 하나의 안테나를 갖춘 기지국이 서비스를 제공하는 통신 시스템에서 는 음영 지역 해소를 위하여 추가로 기지국을 설치하는 등의 대가를 지불하여야 한다.
최근에는 상대적으로 낮은 비용으로 커버리지 확장 및 시스템 용량 증대를 얻을 수 있는 릴레이 네트워크에 대한 관심이 늘어나고 있다. 특히, 신호 품질이 열악한 셀 외곽 지역 또는 음영 지역에 릴레이를 배치함으로써 비교적 저렴한 비용으로 시스템 성능을 향상시킬 수 있다.
통상적으로 릴레이 네트워크는 서비스 영역의 확장 등을 위해 릴레이 노드 (relay node)를 이용하여 신호를 송신하는 소스 노드 (source node)와 신호를 수신하는 목적 노드 (destination node) 간의 신호를 전달하는 네트워크를 의미한다.
예컨대 소스 노드에 의해 전송되는 신호는 목적 노드와 릴레이 노드에 의해 수신된다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 소스 노드로부터 수신한 신호를 상기 목적 노드로 전송한다.
따라서 상기 목적 노드는 상기 소스 노드로부터 전송된 신호와 상기 릴레이 노드로부터 전송된 신호를 수신함으로써, 신호의 수신 확률을 증가 시킬 수 있다.
상기 릴레이 네트워크의 가장 대표적인 기술로는 IEEE 802.15.3 기반의 무선 개인 영역 네트워크 (WPAN: Wireless Personal Area Network)에서 사용되는 릴레이 기반 네트워크가 있다.
이와 같은 릴레이 네트워크에서는 네트워크의 성능을 증가시키고 채널의 이용 횟수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 신뢰성이 보장되지 않는 실제 무선 통신 환경에서도 안정적인 성능을 얻기 위한 통신 프로토콜을 마련하는 것이 시급하다고 할 것이다.
본 발명의 실시 예에서는 릴레이 네트워크에서 최소의 무선 자원을 이용하여 협력 전송을 수행하도록 하는 장치 및 방법을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 송신기-릴레이 사이의 backhaul 전송에 중첩 코딩 다중화 기법을 이용함으로써 전송 효율을 높이는 협력 전송 방법 및 시스템을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 송신 노드와 릴레이 노드가 협력하여 신호를 전송함에 있어서, 송신 노드와 릴레이 노드 사이의 backhaul 전송에 사용하는 자원과 협력 전송에 사용하는 자원을 상이하게 할당함으로써 추가적인 다이버시티 이득을 얻는 방법 및 시스템을 제안한다.
또한 본 발명의 실시 예에서는 송신 노드와 릴레이 노드가 협력하여 신호를 전송함에 있어서, 송신 노드와 릴레이 노드 사이의 backhaul 전송에 중첩 코딩 다중화를 사용하고, 송신 노드-릴레이 노드 backhaul 전송에 사용하는 자원과 협력 전송에 사용하는 자원을 상이하게 할당함으로써 전송 효율을 높일 뿐만 아니라 추가적인 다이버시티 이득도 얻는 방법 및 시스템을 제안한다.
본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 네트워크에서 송신 노드의 신호 전송 방법은, 복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 중첩 전송할 복수의 신호들을 릴레이 노드 및 수신 노드로 전송하는 중첩 전송 과정과, 상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 릴레이 노드와 협력 전송할 복수의 신호들을 상기 수신 노드로 전송하는 협력 전송 과정을 포함하며,
상기 릴레이 노드와의 협력 전송이 이루어지는 타임 슬롯 구간 각각에서 현재의 협력 전송에서 상기 수신 노드로 직접 전송할 신호와 다음 협력 전송 시에 상기 릴레이 노드에서 전송할 신호를 중첩 전송에 의해 상기 릴레이 노드 및 상기 수신 노드로 전송한다.
본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 네트워크에서 릴레이 노드의 신호 전송 방법은, 복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 송신 노드로부터 중첩 전송되는 복수의 신호들을 수신하는 수신 과정과, 상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 송신 노드와 협력 전송할 복수의 신호들을 상기 수신 노드로 전송하는 전송 과정과, 상기 송신 노드와의 협력 전송이 이루어지는 타임 슬롯 구간 각각에서 다음 협력 전송 시에 전송할 신호를 상기 송신 노드로부터 중첩 전송에 의해 수신하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 릴레이 네트워크에서 수신 노드의 신호 수신방법은, 복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 송신 노드로부터 전송되는 중첩 신호를 수신하는 과정과, 상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 송신 노드와 상기 릴레이 노드에 의해 협력 전송된 협력 신호를 수신하는 과정과, 상기 중첩 신호와 상기 협력 신호를 디코딩하는 과정과, 최초의 협력 전송이 이루어진 이후에는 협력 전송을 위한 복수의 타임 슬롯 구간에서 상기 송신 노드로부터 중첩 전송되는 중첩 신호와 상기 릴레이 노드로부터 상기 송신 노드와의 협력에 의해 전송되는 협력 신호를 디코딩하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 협력 전송을 지원하는 릴레이 네트워크는 시스템은, 복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 중첩 전송할 복수의 신호들을 릴레이 노드 및 수신 노드로 전송하고, 상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 릴레이 노드와 협력 전송할 복수의 신호들을 상기 수신 노드로 전송하는 송신 노드를 포함하며,
상기 송신 노드는, 상기 릴레이 노드와의 협력 전송이 이루어지는 타임 슬롯 구간 각각에서 현재의 협력 전송에서 상기 수신 노드로 직접 전송할 신호와 다음 협력 전송 시에 상기 릴레이 노드에서 전송할 신호를 중첩 전송에 의해 상기 릴레이 노드 및 상기 수신 노드로 전송한다.
본 발명의 실시 예에 따른 협력 전송을 지원하는 릴레이 네트워크 시스템는은, 복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 송신 노드로부터 중첩 전송되는 복수의 신호들을 수신하고, 상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 송신 노드와 협력 전송할 복수의 신호들을 상기 수신 노드로 전송하는 릴레이 노드를 포함하며,
상기 릴레이 노드는, 상기 송신 노드와의 협력 전송이 이루어지는 타임 슬롯 구간 각각에서 다음 협력 전송 시에 전송할 신호를 상기 송신 노드로부터 중첩 전송에 의해 수신한다.
본 발명의 실시 예에 따른 협력 전송을 지원하는 릴레이 네트워크 시스템은는, 복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 송신 노드로부터 전송되는 중첩 신호를 수신하고, 상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 송신 노드와 상기 릴레이 노드에 의해 협력 전송된 협력 신호를 수신하며, 상기 중첩 신호와 상기 협력 신호를 디코딩하는 수신 노드를 포함하며,
상기 수신 노드는, 최초의 협력 전송이 이루어진 이후에는 협력 전송을 위한 복수의 타임 슬롯 구간에서 상기 송신 노드로부터 중첩 전송에 의해 전송되는 중첩 신호와 상기 릴레이 노드로부터 상기 송신 노드와의 협력에 의해 전송되는 협력 신호를 디코딩한다.
본 발명에서는 릴레이 네트워크에서 중첩코딩 다중화를 이용하여 협력 전송을 수행하도록 함으로써, 하나의 전송 구간에서의 타임 슬롯 수를 감소시키고, 이를 통하여 시스템 용량을 향상시킬 수 있다.
이를 위해서는 송신기-릴레이 사이의 backhaul 링크 성능이 두 개의 신호를 중첩코딩 전송하는 경우에도 성공적인 수신이 가능하도록 충분히 좋아야 한다. 실질적으로 이러한 조건은 릴레이를 이용한 전송 시스템에서 전송 효율을 향상하기 위해서는 구현이 가능할 것이다.
또한, 협력 전송을 위해 사용하는 주파수 자원을 이전 타임 슬롯 동안 송신기-릴레이 사이의 backhaul 전송에 사용하는 주파수 자원과 상이한 주파수 자원을 이용하도록 할당하여 전송함으로써 추가적인 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
마지막으로 송신 노드와 릴레이 노드 사이의 backhaul 전송에 중첩 코딩 다중화를 사용하고, 송신 노드-릴레이 노드 backhaul 전송에 사용하는 주파수 자원과 협력 전송에 사용하는 주파수 자원을 상이하게 할당하여 릴레이 전송을 수행함으로써 전송 효율을 높일 뿐만 아니라 추가적인 다이버시티 이득도 얻을 수 있다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 적용하기 위한 릴레이 네트워크를 보이고 있다.
도 1을 참조하면, 소스 노드 (source node)는 자신의 정보를 전송한다. 상기 소스 노드로부터 전송된 정보는 목적 노드 (destination node)뿐만 아니라 인접한 릴레이 노드 (relay node)에 의해서도 수신된다.
상기 릴레이 노드는 상기 소스 노드로부터 수신된 정보를 디코딩하며, 상기 디코딩된 정보를 다시 부호화하여 상기 목적 노드로 전송한다.
상기 목적 노드는 상기 소스 노드로부터 수신된 정보와 상기 릴레이 노드로부터 수신된 정보 각각에 대한 디코딩을 수행하고, 상기 디코딩된 정보를 컴바이닝하여 원하는 정보를 획득한다.
상술한 바와 같이 릴레이 네트워크에서는 통상적으로 릴레이를 이용한 협력 전송을 지원한다. 상기 협력 전송은 송신 노드 (S)와 수신 노드(D) 및 릴레이 노드(R)로 구성된 통신 시스템에서 송신 노드가 수신 노드에게 신호 전송을 위하여 릴레이 노드와 협력함으로써, 개선된 통신 환경을 제공할 수 있는 전송 방법이다. 즉, 송신 노드와 수신 노드 사이에 직접 송/수신은 가능하지만 채널 상태가 나빠서 서비스 요구 조건을 만족시키지 못하는 경우 송신 노드와 릴레이 노드의 협력을 통하여 전송률 또는 신호 품질을 향상시킴으로써 요구 조건을 만족시킬 수 있다.
도 1에서
Figure 112009068810174-pat00001
는 송신 노드와 릴레이 노드 사이의 채널 이득을 의미하고,
Figure 112009068810174-pat00002
는 릴레이 노드와 수신 노드 사이의 채널 이득을 의미하며,
Figure 112009068810174-pat00003
는 송신 노드와 수신 노드 사이의 채널 이득을 의미한다.
일반적으로, 고정 릴레이를 사용하는 경우 릴레이 노드는 송신 노드와 우수한 채널 상태를 유지하도록 배치되기 때문에 송신 노드와 릴레이 노드 사이의 채널 상태는 송신 노드와 수신 노드 사이의 채널 상태에 비하여 우수하다 (
Figure 112009068810174-pat00004
).
한편 상술한 바와 같은 협력 전송을 지원하기 위한 릴레이 네트워크를 구성하는 릴레이 노드는 적어도 두 개의 통신장치 사이에 신호를 중계하는 통신장치이다. 이러한 통신장치는 릴레이, 단순중계기, 중계 전송 펨토 셀 기지국, 중계전송단말기 등 신호 중계를 수행하는 모든 통신장치를 포함하며, 이하 '릴레이 노드'라고 통칭한다.
앞에서 나열한 릴레이 노드에 포함되는 통신장치에 관해 정리하면 다음과 같다.
릴레이: 수신한 신호들 중에서 일부 또는 전부를 복호화 및 재부호화 처리하여 중계하며 간단한 무선자원 관리 기능을 수행하는 통신장치.
단순중계기: 수신한 신호들 중에서 일부 또는 전부를 증폭하여 중계하는 통신장치.
중계 전송 펨토 셀 기지국: 펨토 셀 기지국 기능을 수행하면서 동시에 적어도 두 개의 통신 노드 사이에 신호들을 중계하는 기능도 제공하는 통신장치.
중계전송단말기: 단말기 기능을 수행하면서 동시에 적어도 두 개의 통신장치 사이에 신호들을 중계하는 기능도 제공하는 통신장치.
한편 앞에서 살펴본 릴레이 노드는 중계를 수행하는 적어도 두 개의 통신장치와의 송수신 이중화 방식에 따라 반 이중화 방식 릴레이 (HD-RS: half-duplex relay station)와 전이중화 방식 릴레이 (FD-RS: full-duplex relay station)로 분류할 수 있다.
HD-RS는 적어도 두 개의 통신장치 사이의 중계를 수행함에 있어서 시간분할 방식으로 동작하여 연속된 두 개의 타임 슬롯을 필요로 하는 릴레이 장치이다. 따라서 기지국으로부터 전송된 신호를 단말기에게 중계하는 경우 제1 타임 슬롯으로 기지국으로부터 전송된 신호를 수신한 후, 제2 타임 슬롯으로 수신 신호를 단말기에게 전송한다.
그리고 FD-RS는 적어도 두 개의 통신장치 사이의 중계를 수행함에 있어서 한 개의 무선자원으로 동시에 신호 중계가 가능한 릴레이 장치이다. 따라서 기지국으로부터 전송된 신호를 단말기에게 중계하는 경우 한 개의 무선자원으로 기지국으 로부터 신호를 수신하면서 동시에 단말기에게 신호를 전송한다.
이하 후술될 본 발명에 따른 상세한 설명에서는 릴레이 네트워크에서 협력 전송을 위한 다양한 실시 예들에 관해 구체적으로 설명할 것이다.
후술될 본 발명의 실시 예들 중 하나의 실시 예는 주파수 홉핑 기술을 이용한 협력 전송 방안을 제안하고, 두 번째 실시 예는 중첩 코딩 다중화 기술을 이용한 협력 전송 방안을 제안한다.
한편 상기 두 번째 실시 예에서는 HD-RS를 기반으로 하는 협력 전송 방안과, FD-RS를 기반으로 하는 협력 전송 방안을 구분하여 설명하도록 한다.
그리고 본 발명의 각 실시 예에서는 신호 전송을 위해 사용되는 블록 코드 기법에 따라 그 협력 전송 방안이 세분화될 수 있다. 즉 본 발명의 실시 예들 별로 공간-시간 블록 코드 (STBC; Space-Time Block Code), 공간-주파수 블록 코드 (SFBC; Space-Frequency Block Code), 공간-코드 블록 코드 (SCBC; Space-Code Block Code) 각각을 적용할 경우의 협력 전송을 위한 프로토콜이 새로이 정의될 것이다.
후술될 본 발명의 실시 예들 중 하나의 실시 예에 있어서, 송신 노드가 릴레이 노드와 수신 노드로 제1 신호를 전송하는 제1 타임 슬롯 동안 송신 노드는 제1 신호 전송에 영향을 미치지 않을 정도의 낮은 전력으로 제1 신호에 제2 신호를 중첩 코딩하여 전송한다.
이때, 수신 노드는 신호 전력이 상대적으로 높은 제1 신호를 수신하며, 릴 레이 노드는 중첩 신호로부터 상대적으로 전력이 큰 제1 신호부터 검출하고 이를 이용하여 상기 중첩 신호로부터 제1 신호를 제거함으로써 제2 신호를 검출한다. 일단 제1 신호와 제2 신호를 공유한 송신 노드와 릴레이 노드는 이어지는 타임 슬롯 동안에 제1 신호와 제2 신호를 공간-시간 블록 코드, 협력 공간-주파수 블록 코드, 공간-코드 블록 코드 중 하나를 이용하여 송신 노드와 릴레이 노드의 상호 협력에 의해 전송한다.
상기 협력 전송 블록 코드를 이용하여 전송함에 있어서 공간-시간 블록 코드를 사용하는 경우에는 두 개의 연속된 타임 슬롯을 이용하여 협력 전송하며, 공간-주파수 블록 코드를 사용하는 경우에는 두 개의 연속된 주파수 또는 부반송파를 이용하여 협력 전송하고, 공간-코드 블록 코드를 사용하는 경우에는 두 개의 인접한 코드를 사용하여 협력 전송하게 된다.
이때 수신 노드는 제2 타임 슬롯 또는 제2 타임 슬롯과 이어지는 타임 슬롯 동안 협력 전송에 의해 수신된 블록 코드 신호로부터 블록 코드에 대한 디코딩을 수행하여 제1 신호와 제2 신호 각각에 대한 판정 변수를 유도한다. 그리고 이를 바탕으로 제1 신호와 제2 신호를 검출하거나, 제1 신호의 경우 제1 타임 슬롯 동안 수신한 제1 신호와 결합하여 검출할 수 있다.
후술될 본 발명의 실시 예들 중 다른 하나의 실시 예는 송신 노드가 제1 주파수(또는 부반송파)로 릴레이 노드와 수신 노드로 제1 타임 슬롯 동안 제1 신호와 제2 신호를 전송한다. 이때, 하나의 타임 슬롯 동안 두 개의 신호를 전송함에 있어서 두 개의 연속된 타임 슬롯을 이용하거나, 두 개의 연속된 주파수 또는 부반송파 를 이용하거나 또는 두 개의 인접한 코드를 사용한다.
제1 신호와 제2 신호를 공유한 송신 노드와 릴레이 노드는 이어지는 타임 슬롯 동안 송신 노드와 릴레이 노드가 협력하여 제2 주파수 (또는 부반송파)로 제1 신호와 제2 신호를 협력 전송 블록 코드를 이용하여 전송한다. 상기 협력 전송 블록 코드를 이용하여 전송함에 있어서 공간-시간 블록 코드를 사용하는 경우에는 두 개의 연속된 타임 슬롯을 이용하여 협력 전송하며, 공간-주파수 블록 코드를 사용하는 경우에는 두 개의 연속된 주파수 또는 부반송파를 이용하여 협력 전송하고, 공간-코드 블록 코드를 사용하는 경우에는 두 개의 인접한 코드를 사용하여 협력 전송하게 된다.
이때 수신 노드는 제1 주파수 (또는 부반송파)를 통하여 송신 노드로부터 전송된 신호와 제2 주파수 (또는 부반송파)를 통하여 협력 전송된 신호를 수신하고, 결합하여 디코딩을 수행함으로써 제1 신호와 제2 신호를 검출한다.
후술될 본 발명의 실시 예들 중 또 다른 실시 예는 송신 노드가 제1 주파수 (또는 부반송파)로 제1 타임 슬롯 동안 릴레이 노드와 수신 노드로 제1 신호를 전송하는 송신 노드는 제1 신호 전송에 영향을 미치지 않을 정도의 낮은 전력으로 제1 신호에 제2 신호를 중첩 코딩하여 전송한다. 이때, 수신 노드는 신호 전력이 상대적으로 높은 제1 신호를 수신하고, 릴레이 노드는 중첩 신호로부터 상대적으로 전력이 큰 제1 신호부터 검출한다. 그리고 상기 검출한 제1 신호를 이용하여 중첩 신호로부터 제1 신호를 제거함으로써 제2 신호를 검출한다.
제1 신호와 제2 신호를 공유한 송신 노드와 릴레이 노드는 이어지는 타임 슬롯 동안에 제2 주파수 (또는 부반송파)로 제1 신호와 제2 신호를 공간-시간 블록 코드, 공간-주파수 블록 코드, 공간-코드 블록 코드 중 하나를 이용하여 상호 협력하여 전송한다.
상기 협력 전송 블록 코드를 이용하여 전송함에 있어서 공간-시간 블록 코드를 사용하는 경우에는 두 개의 연속된 타임 슬롯을 이용하여 협력 전송하며, 공간-주파수 블록 코드를 사용하는 경우에는 두 개의 연속된 주파수 또는 부반송파를 이용하여 협력 전송하고, 공간-코드 블록 코드를 사용하는 경우에는 두 개의 인접한 코드를 사용하여 협력 전송하게 된다.
이때 제1 주파수 (또는 부반송파)를 통하여 송신 노드로부터 전송된 신호와 제2 주파수 (또는 부반송파)를 통하여 협력 전송된 신호를 수신하고, 결합하여 디코딩을 수행함으로써 제1 신호와 제2 신호를 검출한다.
후술될 본 발명의 실시 예들 중 또 다른 하나의 실시 예는 송신 노드가 릴레이 노드와 협력하여 공간-시간, 공간-주파수, 공간-코드 블록 코드를 이용하여 제1 신호와 제2 신호를 협력하여 전송하는 동안 송신 노드는 주어진 무선 자원을 통하여 현재 전송하는 신호에 영향을 미치지 않은 낮은 전력으로 다음 번 공간-시간, 공간-주파수, 공간-코드 블록 코드 방식으로 전송할 신호를 중첩 코딩하여 릴레이 노드로 미리 전송하는 것을 특징으로 한다. 단, 이 경우 릴레이 노드는 동일한 자원으로 전이중화 동작이 가능해야 한다.
이하 앞에서 정리한 본 발명의 실시 예들을 보다 구체적으로 설명한다.
A. 제1실시 예 (주파수 홉핑)
릴레이 네트워크에서 협력 전송을 위해서는 기본적으로 두 개의 타임 슬롯이 요구된다. 제1 타임 슬롯 동안에 송신 노드는 릴레이 노드에게 신호를 전송하고, 제2 타임 슬롯 동안에 송신 노드와 릴레이 노드는 수신 노드에게 협력 전송한다. 이때, 제1 타임 슬롯 동안에 송신 노드와 수신 노드 사이에 직접 링크가 형성되므로 수신 노드는 송신 노드로부터의 신호를 수신할 수 있다.
만약, 시간 선택적 페이딩 채널 환경인 경우 수신 노드가 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯 동안 수신한 신호가 서로 다른 페이딩 채널 특성을 경험하는 경우 추가적인 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 그러나, 일반적으로 통신 환경에서 인접한 타임 슬롯 사이에 페이딩 채널 특성은 거의 변하지 않는다.
하지만 FDM, OFDM 방식 등을 이용하는 통신 시스템에서는 주파수 선택적 페이딩 채널 특성을 이용하여 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯 동안에 페이딩 채널 특성이 서로 다른 상이한 주파수 또는 부반송파를 이용하여 전송함으로써 추가적인 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 즉, 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯 동안에 송신 노드와 릴레이 노드가 신호를 전송할 주파수 (또는 부반송파)를 홉핑하면, 수신 노드는 동일한 신호를 서로 다른 페이딩 채널 특성을 통하여 수신하므로 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
따라서 본 발명의 제1실시 예에서는 릴레이 네트워크에서 주파수 홉핑을 고려한 협력 전송 방안에 관해 구체적으로 설명한다. 한편 하기에서 설명할 본 발명 의 제1실시 예에서는 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 다양한 블록 코드 방식의 적용 예를 구분하여 설명하도록 한다.
A-1. 공간-시간 블록 코드 (STBC; Space-Time Block Code) 적용
본 발명의 제1실시 예에 STBC를 적용하여 구현하는 경우, 반 이중화 방식을 지원하는 릴레이 네트워크에 적용한 예와 전 이중화 방식을 지원하는 릴레이 네트워크에 적용한 예를 구분하여 설명하도록 한다.
먼저 반 이중 방식을 지원하는 릴레이 네트워크에 적용한 예에서 송신 노드는 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하는 두 개의 타임 슬롯과 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 사용하는 두 개의 타임 슬롯을 통해 두 개의 신호를 수신 노드로 송신한다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 네 개의 타임 슬롯들 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯)에서 제1 신호를 제1 주파수 (또는 제1부반송파)를 이용하여 할당된 전력으로 전송하며, 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯)에서 제2 신호를 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 할당된 전력으로 전송한다. 이때 상기 제1신호를 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 전송하기 위해 할당된 전력과 상기 제2신호를 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수 있다.
그리고 상기 송신 노드는 네 개의 타임 슬롯들 중 세 번째 타임 슬롯 (제3 타임 슬롯)에서 제1 신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 할당된 전 력으로 전송하며, 네 번째 타임 슬롯 (제4 타임 슬롯)에서 제2 신호의 복소 켤레 신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 할당된 전력으로 전송한다. 이때 상기 제1신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송하기 위해 할당된 전력과 상기 제2신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수 있다.
릴레이 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 제1신호를 수신하고, 제2 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 제2신호를 수신한다.
그리고 상기 릴레이 노드는 네 개의 타임 슬롯들 중 세 번째 타임 슬롯 (제3 타임 슬롯)에서 제2 신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 할당된 전력으로 전송하며, 네 번째 타임 슬롯 (제4 타임 슬롯)에서 제1 신호의 복소 켤레 신호를 반전한 신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 할당된 전력으로 전송한다. 이때 상기 제2신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송하기 위해 할당된 전력과 상기 제1 신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수 있다.
수신 노드는 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯에서 수신한 신호와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 제3 타임 슬롯과 제4 타임 슬롯에서 수신한 신호를 결합하여 제1신호와 제2신호를 복원한다.
하기의 <표 1>은 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00005
상기 <표 1>을 참조하면, 송신 노드는 제1 주파수 (또는 제1부반송파)를 사용하여 제1 타임 슬롯에서
Figure 112011028039761-pat00006
신호를 전송하고, 제2 타임 슬롯에서는
Figure 112011028039761-pat00007
신호를 전송한다. 릴레이 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하여 전송되는
Figure 112011028039761-pat00008
신호를 수신하며, 제2 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하여 전송되는
Figure 112011028039761-pat00009
신호를 수신한다.
그 후 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 사용하는 제3 타임 슬롯에서 상기 송신 노드는
Figure 112009068810174-pat00010
신호를 전송하고, 릴레이 노드는
Figure 112009068810174-pat00011
신호를 전송한다. 그리고 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 사용하는 제4 타임 슬롯에서 송신 노드는
Figure 112009068810174-pat00012
신호를 전송하고, 릴레이 노드는
Figure 112009068810174-pat00013
신호를 전송한다.
수신 노드는 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 통하여 제1 타임 슬롯에서 수신한 신호와 제2 타임 슬롯에서 수신한 신호 및 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 통하여 제3 타임 슬롯에서 수신한 신호와 제4 타임 슬롯에서 수신한 신호를 결합하여
Figure 112009068810174-pat00014
,
Figure 112009068810174-pat00015
신호를 복원한다.
하기 <표 2>는 제1 타임 슬롯부터 제4 타임 슬롯 동안 송신 노드와 릴레이 노드가 전송한 신호와 수신 노드가 수신한 신호를 정리하여 보이고 있다.
Figure 112009068810174-pat00016
상기 <표 2>에서
Figure 112009068810174-pat00017
는 제1 주파수(또는 제1 부반송파)에 의해 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯에서 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이고,
Figure 112009068810174-pat00018
는 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)에 의해 제3 타임 슬롯과 제4 타임 슬롯에서 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이며,
Figure 112009068810174-pat00019
는 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)에 의해 제3 타임 슬롯과 제4 타임 슬롯에서 릴레이 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이다. 상기 <표 2>에서 정의된 수신 노드에 의해 수신된 신호에서
Figure 112009068810174-pat00020
,
Figure 112009068810174-pat00021
,
Figure 112009068810174-pat00022
,
Figure 112009068810174-pat00023
각각은 제1, 제2, 제3, 제4 타임 슬롯에서 수신 노드에서의 잡음이다.
상기 수신 노드에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)에 의해 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯에서 수신되는 신호와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)에 의해 제3 타임 슬롯과 제4 타임 슬롯에서 수신되는 신호 각각을
Figure 112009068810174-pat00024
,
Figure 112009068810174-pat00025
,
Figure 112009068810174-pat00026
,
Figure 112009068810174-pat00027
로 정의할 때, 상기
Figure 112009068810174-pat00028
, ,
Figure 112009068810174-pat00030
,
Figure 112009068810174-pat00031
각각은 하기 <수학식 1>과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00032
상기 <수학식 1>으로 정의된 수신 신호들 중 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)에 의해 제4 타임 슬롯에서 수신된 신호인
Figure 112009068810174-pat00033
에 복소 켤레 (conjugate)를 취하여 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 2>로 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00034
이때, 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00035
은
Figure 112009068810174-pat00036
의 조건을 만족하고, 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00037
은
Figure 112009068810174-pat00038
의 조건을 만족하며, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00039
는
Figure 112009068810174-pat00040
의 조건을 만족한다. 여기서,
Figure 112009068810174-pat00041
,
Figure 112009068810174-pat00042
는 각각 2ㅧ2, 4ㅧ4 단위 행렬이고,
Figure 112009068810174-pat00043
는 허미션 (Hermitian)을 나타낸다.
상기 <수학식 2>로 정의된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian) 행렬을 곱하면 하기 <수학식 3>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00044
여기서,
Figure 112009068810174-pat00045
은
Figure 112009068810174-pat00046
의 조건을 만족한다.
따라서, 각 심볼은 하기 <수학식 4>과 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00047
,
Figure 112009068810174-pat00048
를 복원할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00049
여기서, 유효 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00050
은 하기 <수학식 5>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00051
따라서, 각 심볼의 수신 SNR은 하기 <수학식 6>과 같이 송신 SNR에 비하여
Figure 112009068810174-pat00052
배 만큼 증가한다.
Figure 112009068810174-pat00053
상기 <수학식 6>에 의하면, 릴레이 노드와 수신 노드 간의 채널과 송신 노드와 수신 노드 간의 채널을 변경할 시에 다이버시티 이득이 2에서 3으로 1 증가함을 알 수 있다.
다음으로 본 발명의 제1 실시 예를 전 이중 방식을 지원하는 릴레이 네트워크에 적용한 예에서 송신 노드는 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하는 하나의 타임 슬롯과 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 사용하는 두 개의 타임 슬롯을 통해 두 개의 신호를 수신 노드로 송신한다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 세 개의 타임 슬롯들 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯)에서 제1 주파수 (또는 제1부반송파)를 이용하여 제2 신호를 할당 된 전력으로 전송한다. 그리고 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯)에서 제1 신호를 할당된 전력으로 전송하며, 세 번째 타임 슬롯 (제3 타임 슬롯)에서 제2 신호의 복소 켤레 신호를 할당된 전력으로 전송한다. 이때 제2 타임 슬롯에서 제1신호를 전송하기 위해 할당된 전력과 제3 타임 슬롯에서 제2신호를 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수도 있다.
릴레이 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 제2 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 제2 타임 슬롯에서 앞서 수신한 제2 신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송하는 동시에, 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 제1신호를 수신한다.
또한 상기 릴레이 노드는 제3 타임 슬롯에서 앞서 수신한 제1 신호의 켤레 신호를 반전한 신호를 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송하는 동시에, 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 제2신호의 켤레 신호를 수신한다.
상기 릴레이 노드는 상기 제2 타임 슬롯에서 신호를 전송하기 위한 전력과 상기 제3 타임 슬롯에서 신호를 전송하기 위한 전력을 동일하게 할당한다. 하지만 필요에 따라 다른 전력을 할당할 수도 있다.
수신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 신호와 제2 및 제3 타임 슬롯에서 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송된 신호를 결합하여 제1신호와 제2신호를 복원한다.
하기의 <표 3>은 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00054
상기 <표 3>을 참조하면, 송신 노드는 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하여 제1 타임 슬롯에서
Figure 112011028039761-pat00055
신호를 전송하며, 이에 대응하여 릴레이 노드는
Figure 112011028039761-pat00056
신호를 수신한다.
다음으로, 제2 타임 슬롯에서 상기 송신 노드는 주파수 (또는 부반송파)를 홉핑하여 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 사용하여
Figure 112009068810174-pat00057
신호를 전송하고, 상기 릴레이 노드는 상기 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 사용하여
Figure 112009068810174-pat00058
신호를 전송한다. 이와 동시에 상기 릴레이 노드는 상기 송신 노드에 의해 상기 제2 타임 슬롯에서 전송된 신호를 수신하여
Figure 112009068810174-pat00059
신호를 복원한다.
그리고 제3 타임 슬롯에서 상기 송신 노드는 상기 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 사용하여
Figure 112009068810174-pat00060
신호를 전송하고, 상기 릴레이 노드는 상기 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 사용하여
Figure 112009068810174-pat00061
신호를 전송한다. 이와 동시에 상기 릴레이 노드는 상기 송신 노드에 의해 상기 제3 타임 슬롯에서 전송된 신호를 수신하여
Figure 112009068810174-pat00062
신호를 복원한다. 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서
Figure 112009068810174-pat00063
신호를 수신하였으므로 제3 타임 슬롯에서
Figure 112009068810174-pat00064
신호를 전송할 수 있다.
수신 노드는 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 통하여 제1 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 수신한 신호와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 통하여 제2 타임 슬롯에서 상기 송신 노드 및 상기 릴레이 노드로부터 수신한 신호 및 제3 타임 슬롯에서 상기 송신 노드 및 상기 릴레이 노드로부터 수신한 신호를 결합하여
Figure 112009068810174-pat00065
,
Figure 112009068810174-pat00066
신호를 복원한다.
하기 <표 4>는 제1 타임 슬롯부터 제3 타임 슬롯 동안 송신 노드와 릴레이 노드가 전송한 신호와 수신 노드가 수신한 신호를 정리하여 보이고 있다.
Figure 112009068810174-pat00067
상기 <표 4>에서
Figure 112009068810174-pat00068
는 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 통하여 제1 타임 슬롯에서 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이고,
Figure 112009068810174-pat00069
는 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)에 의해 제2 타임 슬롯과 제3 타임 슬롯에서 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이며,
Figure 112009068810174-pat00070
는 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)에 의해 제2 타임 슬롯과 제3 타임 슬롯에서 릴레이 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이다. 상기 <표 4>에서 정의된 수신 노드에 의해 수신된 신호에서
Figure 112009068810174-pat00071
,
Figure 112009068810174-pat00072
,
Figure 112009068810174-pat00073
각각은 제1, 제2, 제3 타임 슬롯에서 수신 노드에서의 잡음이다.
수신 노드에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 통하여 제1 타임 슬롯 동안에 수신한 신호와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 통하여 제2 타임 슬롯 및 제3 타임 슬롯 동안에 수신된 신호 각각을
Figure 112009068810174-pat00074
,
Figure 112009068810174-pat00075
,
Figure 112009068810174-pat00076
로 정의할 때, 상기
Figure 112009068810174-pat00077
,
Figure 112009068810174-pat00078
,
Figure 112009068810174-pat00079
각각은 하기 <수학식 7>과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00080
상기 <수학식 7>로 정의된 수신 신호 중 제2 주파수(또는 제2 부반송파)에 의해 제3 타임 슬롯에서 수신된 신호인
Figure 112009068810174-pat00081
에 복소 켤레 (conjugate)를 취하여 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 8>로 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00082
이때, 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00083
은 하기 <수학식 9>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00084
여기서 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00085
은
Figure 112009068810174-pat00086
의 조건을 만족하며, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00087
는
Figure 112009068810174-pat00088
의 조건을 만족한다.
상기 <수학식 8>로 정의된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian) 행렬을 곱하면 하기 <수학식 10>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00089
여기서,
Figure 112009068810174-pat00090
은
Figure 112009068810174-pat00091
의 조건을 만족한다.
따라서, 각 심볼은 하기 <수학식 11>와 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00092
,
Figure 112009068810174-pat00093
를 복원할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00094
여기서, 유효 잡음 전력
Figure 112009068810174-pat00095
은 하기 <수학식 12>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00096
따라서, 각 심볼의 수신 SNR은 하기 <수학식 13>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00097
A-2. 공간-주파수 블록 코드 (SFBC; Space-Frequency Block Code) 적용
본 발명의 제1실시 예에 SFBC를 적용하여 구현하는 경우, 송신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 및 제2 주파수 (또는 부반송파)에 의해 두 개의 신호를 송신하고, 제2 타임 슬롯에서 제3 및 제4 주파수 (또는 부반송파)에 의해 상기 두 개의 신호를 송신한다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 두 개의 타임 슬롯들 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯)에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 제1 신호를 할당 된 전력으로 전송하며, 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 제2 신호를 할당된 전력으로 전송한다. 이때 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 제1신호를 전송하기 위해 할당된 전력과 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 제2신호를 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수도 있다.
그리고 상기 송신 노드는 두 개의 타임 슬롯들 중 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯)에서 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 이용하여 제1 신호를 할당된 전력으로 전송하며, 제4 주파수 (또는 제4 부반송파)를 이용하여 제2 신호의 복소 켤레 신호를 할당된 전력으로 전송한다. 이때 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 이용하여 제1신호를 전송하기 위해 할당된 전력과 제4 주파수 (또는 제4 부반송파)를 이용하여 제2신호의 복소 켤레 신호를 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수도 있다.
릴레이 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 제1 신호를 수신하고, 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 제2 신호를 수신한다.
그리고 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 이용하여 제2 신호를 할당된 전력으로 전송하며, 제4 주파수 (또는 제4 부반송파)를 이용하여 제1 신호의 복소 켤레 신호를 반전한 신호를 할당된 전력으로 전송한다. 이때 상기 제2 신호를 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 이용하여 전송하기 위해 할당된 전력과 제4 주파수 (또는 제4 부반송파)를 이용하여 제1 신호의 복소 켤레 신호를 반전한 신호를 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수도 있다.
수신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 신호와, 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 신호를 수신한다. 그리고 상기 수신 노드는 제2 타임 슬롯에서 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드와 릴레이 노드로부터 전송된 신호와, 제4 주파수 (또는 제4 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드와 릴레이 노드로부터 전송된 신호를 수신한다. 상기 수신 노드는 상기 두 개의 타임 슬롯, 즉 제1 및 제2 타임 슬롯에서 제1 내지 제4 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 수신된 신호들을 결합하여 제1신호와 제2신호를 복원한다.
하기의 <표 5>는 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00098
상기 <표 5>를 참조하면, 송신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하여
Figure 112009068810174-pat00099
신호를 전송하고, 제2 주파수 (또는 제2부반송파)를 이용하여
Figure 112009068810174-pat00100
신호를 전송한다. 릴레이 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하여 전송되는
Figure 112009068810174-pat00101
신호를 수신하며, 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 사용하여 전송되는
Figure 112009068810174-pat00102
신호를 수신한다.
상기 송신 노드는 제2 타임 슬롯에서 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 사용하여
Figure 112009068810174-pat00103
신호를 전송하고, 제4 주파수 (또는 제4 부반송파)를 사용하여
Figure 112009068810174-pat00104
신호를 전송한다.
상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 사용하여
Figure 112009068810174-pat00105
신호를 전송하고, 제4 주파수 (또는 제4 부반송파)를 사용하여
Figure 112009068810174-pat00106
신호를 전송한다.
수신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 통하여 수신한 신호와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 통하여 수신한 신호 및 제2 타임 슬롯에서 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 통하여 수신한 신호와 제4 주파수 (또는 제4 부반송파)를 통하여 수신한 신호를 결합하여
Figure 112009068810174-pat00107
,
Figure 112009068810174-pat00108
신호를 복원한다.
상기 수신 노드에서
Figure 112009068810174-pat00109
,
Figure 112009068810174-pat00110
신호를 복원하기 위한 구체적을 동작을 설명하면 다음과 같다.
수신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 및 제2 주파수(또는 부반송파)를 통하여 수신된 신호와 제2 타임 슬롯에서 제3 및 제4 주파수 (또는 부반송파)를 통하여 수신된 신호
Figure 112009068810174-pat00111
,
Figure 112009068810174-pat00112
,
Figure 112009068810174-pat00113
,
Figure 112009068810174-pat00114
각각은 하기 <수학식 14>와 같이 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00115
상기 <수학식 14>로 정의된 수신 신호들 중 제2 타임 슬롯에서 제4 주파수 (또는 제4 부반송파)를 통해 수신된 신호인
Figure 112009068810174-pat00116
에 복소 켤레 (conjugate)를 취하여 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 15>로 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00117
이때, 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00118
은
Figure 112009068810174-pat00119
의 조건을 만족하고, 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00120
은
Figure 112009068810174-pat00121
의 조건을 만족하며, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00122
는
Figure 112009068810174-pat00123
의 조건을 만족한다. 여기서,
Figure 112009068810174-pat00124
,
Figure 112009068810174-pat00125
는 각각
Figure 112009068810174-pat00126
,
Figure 112009068810174-pat00127
단위 행렬이고,
Figure 112009068810174-pat00128
는 허미션 (Hermitian)을 나타낸다.
상기 <수학식 15>로 정의된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian) 행렬을 곱하면 하기 <수학식 16>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00129
여기서,
Figure 112009068810174-pat00130
은
Figure 112009068810174-pat00131
의 조건을 만족한다.
따라서, 각 심볼은 하기 <수학식 17>와 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00132
,
Figure 112009068810174-pat00133
를 복원할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00134
여기서, 유효 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00135
은 하기 <수학식 18>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00136
따라서, 각 심볼의 수신 SNR은 하기 <수학식 19>와 같이 송신 SNR에 비하여
Figure 112009068810174-pat00137
배 만큼 증가한다.
Figure 112009068810174-pat00138
상기 <수학식 19>에 의하면, 릴레이 노드와 수신 노드 간의 채널과 송신 노 드와 수신 노드 간의 채널을 변경할 시에 다이버시티 이득이 2에서 3으로 1 증가함을 알 수 있다.
A-3. 공간-코드 블록 코드 (SCBC; Space-Code Block Code) 적용
본 발명의 제1실시 예에 SCBC를 적용하여 구현하는 경우, 두 개의 타임 슬롯 각각에서 고유한 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 두 개의 신호를 전송함에 있어, 각 타임 슬롯에서 전송할 두 개의 신호가 두 개의 확산 코드에 의해 확산한다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 두 개의 타임 슬롯들 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯)에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 제1 확산 코드로 확산된 제1 신호와 제2 확산 코드로 확산된 제2 신호를 할당된 전력으로 전송한다. 이때 제1 확산 코드에 의해 확산된 제1 신호를 전송하기 위해 할당된 전력과 제2 확산 코드에 의해 확산된 제2 신호를 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수도 있다.
그리고 상기 송신 노드는 두 개의 타임 슬롯들 중 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯)에서 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 제1 확산 코드로 확산된 제1 신호와 제2 확산 코드로 확산된 제2 신호의 복소 켤레 신호를 할당된 전력으로 전송한다. 이때 제1 확산 코드에 의해 확산된 제1 신호를 전송하기 위해 할당된 전력과 제2 확산 코드에 의해 확산된 제2 신호의 복소 켤레 신호를 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수도 있다.
릴레이 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 제1 확산 코드에 의해 확산된 제1 신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된 제2 신호를 수신한다.
그리고 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 제1 확산 코드에 의해 확산된 제1 신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된 제2 신호의 복소 켤레 신호를 반전한 신호를 전송한다. 이때 제1 확산 코드에 의해 확산된 제1 신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된 제2 신호의 복소 켤레 신호를 반전한 신호를 전송하기 위해 할당된 전력은 동일할 수도 있다.
수신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 통해 상기 송신 노드로부터 제1 확산 코드에 의해 확산된 신호와, 제2 확산 코드에 의해 확산된 신호를 수신한다. 그리고 상기 수신 노드는 제2 타임 슬롯에서 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 통해 상기 송신 노드와 릴레이 노드로부터 제1 확산 코드에 의해 확산된 신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된 신호를 수신한다. 상기 수신 노드는 상기 두 개의 타임 슬롯, 즉 제1 및 제2 타임 슬롯에서 제1 및 제2 주파수 (또는 부반송파)를 통해 수신한 제1 밀 제2 확산 코드에 의해 확산된 신호들을 결합하여 제1신호와 제2신호를 복원한다.
하기의 <표 6>은 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00139
상기 <표 6>을 참조하면, 송신 노드는 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하는 제1 타임 슬롯에서 제1 확산 코드에 의해 확산된
Figure 112009068810174-pat00140
신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된
Figure 112009068810174-pat00141
신호를 전송한다. 릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯에서 제1 확산 코드에 의해 확산된
Figure 112009068810174-pat00142
신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된
Figure 112009068810174-pat00143
신호를 수신한다.
상기 송신 노드는 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 사용하는 제2 타임 슬롯에서 제1 확산 코드에 의해 확산된
Figure 112009068810174-pat00144
신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된
Figure 112009068810174-pat00145
신호를 전송한다. 상기 릴레이 노드는 상기 제2 타임 슬롯에서 제1 확산 코드에 의해 확산된
Figure 112009068810174-pat00146
신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된
Figure 112009068810174-pat00147
신호를 전송한다.
수신 노드는 제1 타임 슬롯에서 송신 노드로부터 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 통하여 제1 확산 코드에 의해 확산된 신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된 신호를 수신하고, 제2 타임 슬롯에서 상기 송신 노드와 릴레이 노드로부터 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 통하여 제1 확산 코드에 의해 확산된 신호와 제2 확산 코드에 의해 확산된 신호를 수신한다. 그리고 상기 제1 및 제2 타임 슬롯을 통해 수신한 신호들을 결합하여
Figure 112009068810174-pat00148
,
Figure 112009068810174-pat00149
신호를 복원한다.
상기 수신 노드에서
Figure 112009068810174-pat00150
,
Figure 112009068810174-pat00151
신호를 복원하기 위한 구체적을 동작을 설명하면 다음과 같다.
수신 노드는 제1 주파수(또는 제1 부반송파)를 사용하는 제1 타임 슬롯에서 수신된 신호와 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 사용하는 제2 타임 슬롯에서 수신된 신호
Figure 112009068810174-pat00152
,
Figure 112009068810174-pat00153
,
Figure 112009068810174-pat00154
,
Figure 112009068810174-pat00155
각각은 하기 <수학식 20>과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00156
상기 <수학식 20>로 정의된 수신 신호들 중 제2 타임 슬롯에서 제2 확산 코드에 의해 확산된 신호인
Figure 112009068810174-pat00157
에 복소 켤레 (conjugate)를 취하여 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 21>로 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00158
이때, 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00159
은
Figure 112009068810174-pat00160
의 조건을 만족하고, 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00161
은
Figure 112009068810174-pat00162
의 조건을 만족하며, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00163
는
Figure 112009068810174-pat00164
의 조건을 만족한다.
상기 <수학식 21>로 정의된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian) 행렬을 곱하면 하기 <수학식 22>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00165
여기서,
Figure 112009068810174-pat00166
은
Figure 112009068810174-pat00167
의 조건을 만족한다.
따라서, 각 심볼은 하기 <수학식 23>와 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00168
,
Figure 112009068810174-pat00169
를 복원할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00170
여기서, 유효 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00171
은 하기 <수학식 24>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00172
따라서, 각 심볼의 수신 SNR은 하기 <수학식 25>와 같이 송신 SNR에 비하여
Figure 112009068810174-pat00173
배 만큼 증가한다.
Figure 112009068810174-pat00174
상기 <수학식 25>에 의하면, 릴레이 노드와 수신 노드 간의 채널과 송신 노드와 수신 노드 간의 채널을 변경할 시에 다이버시티 이득이 2에서 3으로 1 증가함을 알 수 있다.
상술한 본 발명의 제1 실시 예에서는 HD-RS를 기반으로 하는 경우 한번의 전송 구간에서 반드시 송신 노드에 의한 네 번의 전송이 요구된다. 이때 한번의 전송 구간은 송신 노드가 다이버시티 이득을 확보하면서 두 개의 신호를 수신 노드로 전달하기 위해 요구되는 최소의 구간을 의미한다.
다시 말해 본 발명의 제1 실시 예에서 HD-RS를 기반으로 할 때, STBC를 이용하는 경우의 각 전송 구간은 네 개의 타임 슬롯으로 이루어진다. 그리고 SFBC와 SCBC를 이용하는 경우의 각 전송 구간은 두 개의 타임 슬롯으로 이루어지나 각 타임 슬롯에서는 서로 다른 두 개의 주파수 (또는 부반송파) 또는 두 개의 확산 코드 각각에 의해 두 번의 전송이 이루어진다.
하지만 본 발명의 제1 실시 예에는 총 네 개의 타임 슬롯을 사용하여 두 개 의 신호를 전송하거나 두 개의 타임 슬롯을 사용하더라도 주파수 (또는 부반송파) 자원 또는 코드 자원을 추가로 요구한다. 따라서 다중 안테나를 이용한 공간-시간 블록 코드 전송 방법에 비하여 두 배의 무선 자원을 필요로 한다.
B. 제2실시 예 (중첩 코딩 기법 적용)
릴레이 네트워크에서 협력 전송을 수행함에 있어 송신 노드와 릴레이 노드 사이의 전송을 위해 필요한 자원을 절약하기 위한 방안이 마련되어야 한다. 따라서 후술될 본 발명의 실시 예에서는 중첩코딩 다중화 (superposition coding multiplexing: SCM) 기법을 릴레이 네트워크에서의 협력 전송에 적용한다.
본 발명의 실시 예에 적용하기 위한 중첩코딩 다중화는 다수의 독립된 신호들을 중첩하여 전송하는 방법으로 송신전력 분할을 통하여 신호들을 계층화하여 전송하는 방법이다.
도 2는 중첩코딩 다중화 기법을 개념적으로 보이고 있다.
도 2를 참조하면, N개의 신호를 전력 분할을 통하여 각각의 신호에 일정 전력을 할당하여 이들을 중첩하여 하나의 무선 자원으로 동시에 전송한다. 여기서, xi는 송신기가 독립적으로 전송해야 할 N개의 신호 중 i번째 신호를 나타내며, ai는 i번째 신호의 송신 전력 조절 계수를 나타낸다. 상기 송신 전력 조절 계수는 송신 전력을 결정하기 위한 값이다. 예컨대 상기 상기 송신 전력 조절 계수를 제곱한 값이 송신 전력이 된다.
수신 노드에서는 송신 전력이 가장 큰 신호부터 차례로 검출하며 각각의 신 호를 검출한 후에는 수신 신호에서 이미 검출된 신호 성분들을 제거함으로써 하위 계층, 즉 다음으로 전력이 낮은 신호를 검출할 수 있게 된다.
이하 본 발명의 실시 예에 따라 통신 시스템에서 중첩코딩 다중화를 이용한 협력 전송 방법을 설명하기로 한다. 후술될 상세한 설명에서는 설명의 편의성을 위하여 본 발명이 제안하는 협력 전송 방법을 표로 정리한다. 표에서 S(transmitting)은 송신 노드가 릴레이 노드와 수신 노드에게 전송하는 신호이고, R(receiving)은 릴레이 노드가 송신 노드로부터 수신하는 신호이다. 그리고 R(transmitting)은 릴레이 노드가 수신 노드에게 전송하는 신호이고, D(receiving)은 수신 노드가 송신 노드와 릴레이 노드로부터 수신하는 신호를 나타낸다.
또한, t1, t2 등은 타임 슬롯 인덱스를 나타내며, 인덱스 숫자가 커질수록 시간이 뒤로 흐름을 의미한다. f1, f2 등은 주파수 (또는 부반송파) 인덱스를 나타내고, c1, c2 등은 확산 코드 인덱스를 나타낸다.
Figure 112009068810174-pat00175
,
Figure 112009068810174-pat00176
,
Figure 112009068810174-pat00177
,
Figure 112009068810174-pat00178
는 송신 전력 조절 계수를 나타내며,
Figure 112009068810174-pat00179
,
Figure 112009068810174-pat00180
의 경우
Figure 112009068810174-pat00181
의 조건을 만족한다. 그리고 윗 첨자 *는 복소 켤레 (complex conjugate)를 의미하고,
Figure 112009068810174-pat00182
는 A의 절대값을 나타내며,
Figure 112009068810174-pat00183
는
Figure 112009068810174-pat00184
단위행렬이고,
Figure 112009068810174-pat00185
는 Hermitian을 나타낸다.
한편 중첩코딩 다중화를 이용한 협력 전송 방법에서 높은 복잡도를 유지할 수 있는 릴레이 노드는 SIC & decoding을 통하여 중첩코딩 다중화된 모든 신호를 검출할 수 있다. 그러나, 휴대성과 낮은 단가로 인하여 낮은 복잡도가 요구되는 수신 노드는 SIC & decoding 기능을 갖추기 어렵다. 따라서, 수신 노드가 중첩코딩 다중화된 신호를 수신하는 경우 가장 높은 송신전력이 할당된 신호만 검출할 수 있다고 가정한다.
후술 될 본 발명의 실시 예에서는 중첩 코딩에 의해 전송할 복수의 신호들 중 적어도 하나의 신호를 릴레이 노드와 수신 노드가 수신할 수 있도록 요구되는 최소 전력 이상의 전력에 의해 전송한다. 여기서 상기 릴레이 노드와 상기 수신 노드가 수신할 수 있도록 요구되는 최소 전력은 송신 노드에 의해 전송되는 신호의 최소 송신 전력을 의미한다.
만약 릴레이 네트워크를 구성하는 릴레이 노드가 수신 노드에 비해 채널 환경이 우수하다는 것을 가정할 때, 상기 최소 전력은 송신 노드에서 전송된 신호를 수신 노드가 수신하기 위해 필요한 최소한의 전력이 될 것이다. 이 경우 송신 노드가 최소 전력에 의해 신호를 전송하더라도, 수신 노드에 비해 상대적으로 채널 환경이 우수한 릴레이 노드는 상기 송신 노드에 의해 전송되는 신호를 수신하는 것이 가능할 것이다.
B-1. 반 이중화 방식
이하 본 발명의 제2실시 예에 따른 HD-RS 기반의 릴레이 네트워크에서의 협력 전송 방안을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편 하기에서 설명할 본 발명의 제1실시 예에서는 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 다양한 블록 코드 방식의 적 용 예를 구분하여 설명하도록 한다.
a. 공간-시간 블록 코드 (STBC; Space-Time Block Code) 적용
본 발명의 제1실시 예에 STBC를 적용하여 구현하는 경우, 송신 노드는 세 개의 타임 슬롯을 통해 두 개의 신호를 수신 노드로 송신한다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 세 개의 타임 슬롯들 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯) 동안 제1 신호와 제2 신호의 중첩 신호를 송신한다. 이때 상기 제1신호와 제2신호의 중첩 전송을 위해 상기 제1신호와 상기 제2신호에 대해 차등적 송신 전력을 할당하는데, 바람직하기로는 제2신호를 송신하기 위해 할당된 전력에 비해 상대적으로 높은 전력을 제1신호를 송신하기 위해 할당한다. 이와 같이 전력을 할당하는 이유는 상기 제2신호가 상기 제1신호에 간섭 신호로 작용하는 것을 최소화하기 위함이다.
상기 송신 노드는 상기 세 개의 타임 슬롯 중 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯) 동안 제1신호를 전송한다. 그리고 상기 송신 노드는 상기 세 개의 타임 슬롯 중 세 번째 타임 슬롯 (제3 타임 슬롯) 동안 제2신호를 전송한다. 상기 제3 타임 슬롯에서 전송을 위해 제2신호는 복소 켤레를 취한 후 반전이 이루어진다.
이때 상기 제1 및 제2신호에 대해서는 상기 송신 노드가 하나의 타임 슬롯에서 하나의 신호를 송신하기 위해 사용하는 전력이 할당된다. 일 예로 상기 제1 또는 제2신호에 대해서는 제1 타임 슬롯에서 제1 및 제2신호를 중첩 전송하기 위해 제1신호에 대해 할당된 전력과 제2신호에 대해 할당된 전력의 합에 해당하는 전력 을 할당할 수 있다.
릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제1신호와 제2신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제1신호와 제2신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제1신호를 제거하여 제2신호를 검출한다.
그 후 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯 동안 상기 중첩 신호로부터 검출된 제2신호를 전송하며, 제3 타임 슬롯 동안 상기 중첩 신호로부터 검출된 제1신호를 전송한다. 이때 상기 검출된 제1 및 제2신호의 전송을 위해 별도의 전력이 할당된다. 그리고 상기 제3 타임 슬롯에서 전송을 위해 상기 제1신호는 복소 켤레가 취하여진다.
수신 노드는 상술한 바에 의해 세 개의 타임 슬롯을 통해 송신 노드로부터 수신되는 신호와 두 개의 타임 슬롯을 통해 릴레이 노드로부터 수신되는 신호를 이용하여 제1신호와 제2신호를 획득한다.
하기의 <표 7>은 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00186
상기 <표 7>을 참조하면, 송신 노드는 제1 타임 슬롯 t1에서 제1신호와 제2신호가 중첩된 형태인
Figure 112009068810174-pat00187
신호를 송신한다. 릴레이 노드는 상기 송신 노드로부터 수신된 중첩 신호로부터 SIC & decoding을 통하여 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00188
과 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00189
를 검출한다.
만약 상기 릴레이 노드가 SIC & decoding을 지원하지 않으면, 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00190
을 우선적으로 검출한다 (
Figure 112009068810174-pat00191
). 그리고 상기 우선적으로 검출된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00192
을 상기 중첩 신호에서 제거함으로써, 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00193
을 검출한다.
제2 타임 슬롯 t2 동안 송신 노드는
Figure 112009068810174-pat00194
신호를 전송하고, 릴레이 노드는
Figure 112009068810174-pat00195
신호를 전송한다. 그리고 제3 타임 슬롯 t3 동안 송신 노드는
Figure 112009068810174-pat00196
신호를 전송하고, 릴레이 노드는
Figure 112009068810174-pat00197
신호를 전송한다. 따라서 송신 노드와 릴레이 노드가 연속된 두 개의 타임 슬롯인 t1과 t2를 이용하여 송신기-릴레이 협력 공간-시간 블록 코드 방식으로 신호
Figure 112009068810174-pat00198
와
Figure 112009068810174-pat00199
를 협력 전송한다.
수신 노드는 제2 타임 슬롯 t2와 제3 타임 슬롯 t3 동안 수신한 신호를 공간-시간 블록 코드 디코딩을 수행하여 제1 신호와 제2 신호를 검출한다. 한편 상기 검출한 제1 신호의 경우 제1 타임 슬롯 t1에서 수신한 제1 신호와 결합될 수 있다.
하기 <표 8>은 제1 타임 슬롯부터 제3 타임 슬롯 동안 송신 노드와 릴레이 노드가 전송한 신호와 수신 노드가 수신한 신호를 정리하여 보이고 있다.
Figure 112009068810174-pat00200
상기 <표 8>에서
Figure 112009068810174-pat00201
는 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이고,
Figure 112009068810174-pat00202
는 릴레이 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이다. 그리고 상기 채널 특성은 동일한 주파수(또는 부반송파)에서 연속된 제1 타임 슬롯부터 제3 타임 슬롯 동안 변하지 않는다고 가정한다. 이때, 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서는 송신 노드가 전송한 중첩 신호로부터 신호 전력이 상대적으로 높은 제1 신호를 수신하고, 신호 전력이 상대적으로 낮은 제2 신호는 간섭
Figure 112009068810174-pat00203
로 고려한다. 상기 <표 8>에서 정의된 수신 노드에서의 수신 신호에서
Figure 112009068810174-pat00204
,
Figure 112009068810174-pat00205
,
Figure 112009068810174-pat00206
각각은 제1, 제2, 제3 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다.
상기 수신 노드에서 제1 타임 슬롯 내지 제3 타임 슬롯 각각에서 수신되는 신호들 각각을
Figure 112009068810174-pat00207
,
Figure 112009068810174-pat00208
,
Figure 112009068810174-pat00209
로 정의할 때, 상기
Figure 112009068810174-pat00210
,
Figure 112009068810174-pat00211
,
Figure 112009068810174-pat00212
각각은 하기 <수학식 26>과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00213
여기서, 이다.
상기 <수학식 26>로 정의된 수신 신호들 중 제3 타임 슬롯 동안 수신된 신호인
Figure 112009068810174-pat00215
에 복소 켤레 (conjugate)를 취하여 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 27>로 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00216
이때, 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00217
는 하기 <수학식 28>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00218
상기 <수학식 27>으로 정의된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian)을 곱하면 하기 <수학식 29>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00219
여기서,
Figure 112009068810174-pat00220
은
Figure 112009068810174-pat00221
의 조건을 만족한다.
따라서, 각 심볼은 하기 <수학식 30>와 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00222
,
Figure 112009068810174-pat00223
를 검출할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00224
여기서, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00225
는
Figure 112009068810174-pat00226
의 조건을 만족한다.
만약, 제1 타임 슬롯 동안 제2 신호에 의한 간섭 의 전력이 매우 작아 무시할 수 있다고 가정하면, 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00227
은
Figure 112009068810174-pat00228
의 조건을 만족한다. 이 경우 유효 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00229
은 하기 <수학식 31>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00230
따라서, 각 심볼의 수신 신호 대 잡음비 (SNR)은 하기 <수학식 32>로 정리할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00231
만약, 송신 노드에서 주파수 홉핑 기술을 사용하여 신호를 전송한다면, 추가적인 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 예컨대 송신 노드는 추가적인 다이버시티 이득을 얻기 위해 제1 타임 슬롯에서의 주파수(또는 부반송파)와 제2 및 제3 타임 슬롯에서의 주파수(또는 부반송파)를 서로 상이한 자원으로 할당할 수 있다.
하기 <표 9>는 제1 타임 슬롯부터 제3 타임 슬롯 동안 주파수 홉핑을 이용하여 송신 노드와 릴레이 노드가 전송한 신호와 수신 노드가 수신한 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00232
상기 <표 9>에서
Figure 112009068810174-pat00233
는 제1 주파수(또는 부반송파)를 이용하여 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이고,
Figure 112009068810174-pat00234
는 제2 주파수(또는 부반송파)를 이용하여 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이며,
Figure 112009068810174-pat00235
는 제2 주파수(또는 부반송파)를 이용하여 릴레이 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이다. 이때 동일한 주파수(또는 부반송파)에 의해 신호가 전송되는 연속한 타임 슬롯에서의 채널 특성은 변하지 않는다고 가정한다.
한편 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서는 송신 노드가 전송한 중첩 신호로부터 신호 전력이 상대적으로 높은 제1 신호를 수신하고, 신호 전력이 상대적으로 낮은 제2 신호는 간섭
Figure 112009068810174-pat00236
로 고려한다. 상기 <표 9>에서 정의된 수신 노드에서 수신한 신호의 정의에서
Figure 112009068810174-pat00237
,
Figure 112009068810174-pat00238
,
Figure 112009068810174-pat00239
각각은 제1, 제2, 제3 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다.
상기 <표 9>에서 정의하고 있는 제1 타임 슬롯 내지 제3 타임 슬롯 각각에서 수신 노드에 의해 수신된 신호 각각을
Figure 112009068810174-pat00240
,
Figure 112009068810174-pat00241
,
Figure 112009068810174-pat00242
로 정의하면, 상기 수신 신호
Figure 112009068810174-pat00243
,
Figure 112009068810174-pat00244
,
Figure 112009068810174-pat00245
각각은 하기 <수학식 33>로 정의할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00246
여기서,
Figure 112009068810174-pat00247
이다.
한편 상기 제3 타임 슬롯 동안 수신된 신호
Figure 112009068810174-pat00248
에 복소 켤레 (conjugate)를 취하여 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 34>와 같다.
Figure 112009068810174-pat00249
이때, 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00250
는 하기 <수학식 35>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00251
상기 <수학식 34>로 정의된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian)을 곱하면 하기 <수학식 36>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00252
여기서,
Figure 112009068810174-pat00253
은
Figure 112009068810174-pat00254
의 조건을 만족한다.
따라서, 각 심볼은 하기 <수학식 37>와 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00255
,
Figure 112009068810174-pat00256
를 검출할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00257
여기서, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00258
는
Figure 112009068810174-pat00259
의 조건을 만족한다.
만약, 제1 타임 슬롯에서 송신 노드에 의해 송신된 제2 신호에 의한 간섭
Figure 112009068810174-pat00260
의 전력이 매우 작아 무시할 수 있다면, 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00261
은
Figure 112009068810174-pat00262
의 조건을 만족한다. 따라서 유효 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00263
은 하기 <수학식 38>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00264
따라서, 각 심볼의 수신 SNR은 하기 <수학식 39>로 정의할 수 있으며, 제1 신호는 추가적인 다이버시티 이득을 얻었음을 알 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00265
한편 상술한 설명에서는 제1 내지 제3 타임 슬롯에서의 신호 전송 및 수신에 대해서만 설명하였으나 그 이후의 타임 슬롯, 일 예로 제4 내지 제6 타임 슬롯에 대해서도 앞에서 설명한 방식에 의해 제3 신호
Figure 112009068810174-pat00266
과 제4 신호
Figure 112009068810174-pat00267
를 송신기-릴레이 협력 공간-시간 블록 코드 방식으로 협력 전송한다. 또한 수신 노드는 이를 수신하여 공간-시간 블록 코드 디코딩을 통하여 제3 신호
Figure 112009068810174-pat00268
과 제4 신호
Figure 112009068810174-pat00269
를 검출한다. 이러한 과정을 반복하여 연속적으로 데이터의 송/수신이 가능하다.
b. 공간-주파수 블록 코드 (SFBC; Space-Frequency Block Code) 적용
본 발명의 제2실시 예에 SFBC를 적용하여 구현하는 경우, 송신 노드는 두 개의 타임 슬롯과 두 개의 주파수 자원을 이용하여 두 개의 신호를 수신 노드로 송신한다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 두 개의 타임 슬롯들 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯) 동안 제1 신호와 제2 신호의 중첩 신호를 제1 내지 제2 주파수 (또는 제1 내지 제2 부반송파) 중 어느 하나의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 송신한다. 이때 상기 제1신호와 제2신호의 중첩 전송을 위해 상기 제1신호와 상기 제2신호에 대해 차등적 송신 전력을 할당하는데, 바람직하기로는 제2신호를 송신하기 위해 할당된 전력에 비해 상대적으로 높은 전력을 제1신호를 송신하기 위해 할당한다. 이와 같이 전력을 할당하는 이유는 상기 제2신호가 상기 제1신호에 간섭 신호로 작용하는 것을 최소화하기 위함이다.
상기 송신 노드는 상기 두 개의 타임 슬롯 중 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯) 동안 제1 신호를 제1 주파수 (또는 제1 부반송파) 자원을 이용하여 전송하고, 제2 신호를 제2주파수 (또는 제2 부반송파) 자원을 이용하여 전송한다. 상기 제2 주파수 (또는 제1부반송파) 자원을 이용하여 전송할 제2 신호는 복소 켤레를 취한 후 반전이 이루어진다.
이때 상기 제1 및 제2 신호에 대해서는 상기 송신 노드가 하나의 타임 슬롯에서 하나의 신호를 송신하기 위해 사용하는 전력이 할당된다. 일 예로 상기 제1 또는 제2신호에 대해서는 제1 타임 슬롯에서 제1 및 제2신호를 중첩 전송하기 위해 제1신호에 대해 할당된 전력과 제2신호에 대해 할당된 전력의 합에 해당하는 전력을 할당할 수 있다.
릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제1신호와 제2신호가 중첩된 신호를 제1 내지 제2 주파수 (또는 제1 내지 제2 부반송파) 중 어느 하나의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제1신호와 제2신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제1신호를 제거하여 제2신호를 검출한다.
그 후 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯 동안 앞서 검출된 제2신호를 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 전송하며, 앞서 검출된 제1신호를 제2 주파수 (또는 제2부반송파)를 이용하여 전송한다. 이때 상기 검출된 제1 및 제2신호의 전송을 위해 별도의 전력이 할당된다. 그리고 상기 제2 타임 슬롯에서 제2 주파수 (또는 제2부반송파)를 이용하여 전송할 제1신호는 복소 켤레가 취하여진다.
수신 노드는 상술한 바에 의해 두 개의 타임 슬롯을 통해 제1 또는 제2 주파수 (또는 제1 또는 제2 부반송파)를 이용하여 송신 노드로부터 수신되는 신호와 하나의 타임 슬롯을 통해 제1 및 제2 주파수 (또는 제1 및 제2 부반송파)를 이용하여 릴레이 노드로부터 수신되는 신호를 이용하여 제1신호와 제2신호를 획득한다.
하기의 <표 10>은 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00270
상기 <표 10>을 참조하면, 송신 노드는 제1 타임 슬롯 동안 제1 주파수(또는 제1 부반송파) 또는 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 이용하여 제1 신호와 제2 신호에 차등적 송신 전력을 할당하여 중첩 신호인
Figure 112009068810174-pat00271
신호를 송신한다.
릴레이 노드는 수신된 중첩 신호로부터 SIC & decoding을 통하여 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00272
과 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00273
각각을 검출한다. 하지만 상기 릴레이 노드가 SIC & decoding이 불가능한 경우, 중첩 신호인
Figure 112009068810174-pat00274
신호로부터 높은 전력에 의해 전송된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00275
를 우선적으로 검출한다 (
Figure 112009068810174-pat00276
). 그리고 상기 검출된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00277
를 중첩 신호인
Figure 112009068810174-pat00278
신호에서 제거함으로써, 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00279
를 검출한다.
제2 타임 슬롯 동안 송신 노드와 릴레이 노드는 제1 주파수(또는 제1 부반송파)를 이용하여
Figure 112009068810174-pat00280
신호와
Figure 112009068810174-pat00281
신호 각각을 전송한다. 그리고 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 이용하여
Figure 112009068810174-pat00282
신호와
Figure 112009068810174-pat00283
신호 각각을 전송한다. 따라서 송신 노드와 릴레이 노드가 두 개의 연속된 주파수(또는 부반송파)를 이용하여 송신기-릴레이 협력 공간-주파수 블록 코드 방식으로 신호를 협력 전송한다.
수신 노드는 제2 타임 슬롯 동안 제1 주파수(또는 제1 부반송파)를 통하여 수신한 신호와 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 통하여 수신한 신호를 공간-주파수 블록 코드 디코딩하여 제1 신호와 제2 신호를 검출한다. 그리고 상기 검출된 제1 신호를 제1 타임 슬롯 동안 수신한 제1 신호와 결합하여 검출한다.
하기 <표 11>은 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯 동안 송신 노드와 릴레이 노드가 전송한 신호와 수신 노드가 수신한 신호를 정리하여 보이고 있다.
Figure 112009068810174-pat00284
상기 <표 11>에서
Figure 112009068810174-pat00285
는 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이고,
Figure 112009068810174-pat00286
는 릴레이 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이다. 그리고 상기 채널 이득을 결정하는 채널 특성은 연속된 제1 주파수(또는 제1 부반송파)와 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 이용하여 신호가 전송되는 제1 및 제2 타임슬롯 동안은 변하지 않음을 가정한다.
한편 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서는 송신 노드가 전송한 중첩 신호로부터 신호 전력이 상대적으로 높은 제1 신호를 수신하고, 신호 전력이 상대적으로 낮은 제2 신호는 간섭
Figure 112009068810174-pat00287
로 고려한다.
상기 <표 11>에서 정의된 수신 노드에서 수신한 신호의 정의에서
Figure 112009068810174-pat00288
은 제1 및 제2 주파수 (또는 제1 및 제2 부반송파) 중 하나의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 신호를 전송하는 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다. 그리고
Figure 112009068810174-pat00289
은 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 신호를 전송하는 제2 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이며,
Figure 112009068810174-pat00290
은 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 신호를 전송하는 제2 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다.
상기 수신 노드에서의 신호 디코딩에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 타임 슬롯 동안 제1 및 제2 주파수(또는 제1 및 제2 부반송파)를 통하여 수신 노드에서 수신된 신호
Figure 112009068810174-pat00291
,
Figure 112009068810174-pat00292
,
Figure 112009068810174-pat00293
각각은 하기 <수학식 40>로 정의할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00294
여기서,
Figure 112009068810174-pat00295
이다.
한편 상기 제2 타임 슬롯 동안 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 통하여 수신된 신호를 복소 켤레 (conjugate)를 취하여, 상기 <수학식 40>로 정의된 신호들을 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 41>으로 표현할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00296
이때, 상기 <수학식 41> 내의 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00297
는 하기 <수학식 42>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00298
따라서 상기 <수학식 41>으로 표현된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian)을 곱하면 하기 <수학식 43>로 표현된다.
Figure 112009068810174-pat00299
여기서,
Figure 112009068810174-pat00300
은
Figure 112009068810174-pat00301
의 조건을 만족한다.
상기 <수학식 43>의 정의를 고려하면, 각 심볼은 하기 <수학식 44>와 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00302
,
Figure 112009068810174-pat00303
를 검출할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00304
여기서, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00305
는
Figure 112009068810174-pat00306
의 조건을 만족한다.
만약, 제1 타임 슬롯 동안 제2 신호에 의한 간섭
Figure 112009068810174-pat00307
의 전력이 매우 작아 무시할 수 있다면, 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00308
은
Figure 112009068810174-pat00309
의 조건을 만족한다.
따라서 유효 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00310
은 하기 <수학식 45>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00311
따라서, 각 심볼의 수신 SNR은 하기 <수학식 46>로 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00312
만약, 송신 노드에서 주파수 홉핑 기술을 사용하여 신호를 전송한다면, 추가적인 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 예컨대 송신 노드는 추가적인 다이버시티 이득을 얻기 위해 제1 타임 슬롯에서의 주파수(또는 부반송파)와 제2 타임 슬롯에서의 주파수(또는 부반송파)를 서로 상이한 자원으로 할당할 수 있다. 즉 제1 타임 슬롯 동안 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하고, 제2 타임 슬롯 동안 제2 및 제3 주파수 (또는 제2 및 제3 부반송파)를 사용할 수 있다.
하기 <표 12>는 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯 동안 주파수 홉핑을 이용하 여 송신 노드와 릴레이 노드가 전송한 신호와 수신 노드가 수신한 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00313
상기 <표 12>에서
Figure 112009068810174-pat00314
는 제1 타임 슬롯 동안 제1 주파수(또는 제1 부반송파)를 이용하여 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이고,
Figure 112009068810174-pat00315
는 제2 타임 슬롯 동안 연속된 제2 주파수(또는 제2 부반송파)와 제3 주파수(또는 제3 부반송파)를 이용하여 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이며,
Figure 112009068810174-pat00316
는 제2 타임 슬롯 동안 연속된 제2 주파수(또는 부제2 반송파)와 제3 주파수(또는 제3 부반송파)를 이용하여 릴레이 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이다.
이때 연속된 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯 동안 연속된 제1 내지 제3 주파수(또는 제1 내지 제3 부반송파)를 통하여 전송된 신호가 경험하는 채널 특성은 동일함을 가정한다. 하지만 제1 주파수(또는 제1 부반송파)을 제2, 제3 주파수(또는 제2, 제3 부반송파)와 인접하지 않은 주파수 자원으로 설정하면, 제1 타임 슬롯 동안 전송된 신호와 제2 타임 슬롯 동안 전송된 신호가 경험하는 채널 특성은 다를 수 있다.
한편 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서는 송신 노드가 전송한 중첩 신호로부터 신호 전력이 상대적으로 높은 제1 신호를 수신하고, 신호 전력이 상대적으로 낮은 제2 신호는 간섭
Figure 112009068810174-pat00317
로 고려한다.
상기 <표 12>에서 정의된 수신 노드에서 수신한 신호의 정의에서
Figure 112009068810174-pat00318
은 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 신호를 전송하는 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다. 그리고
Figure 112009068810174-pat00319
은 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 신호를 전송하는 제2 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이며,
Figure 112009068810174-pat00320
은 제3 주파수 (또는 제3 부반송파)를 이용하여 신호를 전송하는 제2 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다.
상기 수신 노드에서의 신호 디코딩에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 타임 슬롯 동안 제1 내지 제3 주파수(또는 제1 내지 제3 부반송파)를 통하여 수신 노드에서 수신된 신호
Figure 112009068810174-pat00321
,
Figure 112009068810174-pat00322
,
Figure 112009068810174-pat00323
각각은 하기 <수학식 47>로 정의할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00324
여기서,
Figure 112009068810174-pat00325
이다.
한편 상기 제2 타임 슬롯 동안 제3 주파수(또는 제3 부반송파)를 통하여 수신된 신호를 복소 켤레 (conjugate)를 취하여, 상기 <수학식 47>로 정의된 신호들을 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 48>으로 표현할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00326
이때, 상기 <수학식 48> 내의 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00327
는 하기 <수학식 49>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00328
따라서 상기 <수학식 48>로 표현된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian)을 곱하면 하기 <수학식 50>로 표현된다.
Figure 112009068810174-pat00329
여기서,
Figure 112009068810174-pat00330
은
Figure 112009068810174-pat00331
의 조건을 만족한다.
상기 <수학식 50>의 정의를 고려하면, 각 심볼은 하기 <수학식 51>와 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00332
,
Figure 112009068810174-pat00333
를 검출할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00334
여기서, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00335
는
Figure 112009068810174-pat00336
의 조건을 만족한다.
만약, 제1 타임 슬롯 동안 제2 신호에 의한 간섭
Figure 112009068810174-pat00337
의 전력이 매우 작아 무시할 수 있다면, 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00338
은
Figure 112009068810174-pat00339
의 조건을 만족한다.
따라서 유효 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00340
은 하기 <수학식 52>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00341
따라서, 각 심볼의 수신 SNR은 하기 <수학식 53>로 정의할 수 있으며, 제1 신호는 추가적인 다이버시티 이득을 얻었음을 알 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00342
한편 상술한 설명에서는 제1 및 제2 타임 슬롯에서의 신호 전송 및 수신에 대해서만 설명하였으나 그 이후의 타임 슬롯, 일 예로 제3 및 제4 타임 슬롯에 대해서도 앞에서 설명한 방식에 의해 제3 신호
Figure 112009068810174-pat00343
과 제4 신호
Figure 112009068810174-pat00344
를 송신기-릴레이 협력 공간-주파수 블록 코드 방식으로 협력 전송한다. 또한 수신 노드는 이를 수신하여 공간-주파수 블록 코드 디코딩을 통하여 제3 신호
Figure 112009068810174-pat00345
과 제4 신호
Figure 112009068810174-pat00346
를 검출한다. 이러한 과정을 반복하여 연속적으로 데이터의 송/수신이 가능하다.
c. 공간-코드 블록 코드 (SCBC; Space-Code Block Code) 적용
본 발명의 제2실시 예에 SCBC를 적용하여 구현하는 경우, 송신 노드는 두 개의 타임 슬롯과 두 개의 확산 코드를 이용하여 두 개의 신호를 수신 노드로 송신한다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 두 개의 타임 슬롯들 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯) 동안 제1 신호와 제2 신호의 중첩 신호를 제1 또는 제2 확산 코드를 이용하여 송신한다. 이때 상기 제1신호와 제2신호의 중첩 전송을 위해 상기 제1 신호와 상기 제2신호에 대해 차등적 송신 전력을 할당하는데, 바람직하기로는 제2신호를 송신하기 위해 할당된 전력에 비해 상대적으로 높은 전력을 제1신호를 송신하기 위해 할당한다. 이와 같이 전력을 할당하는 이유는 상기 제2신호가 상기 제1신호에 간섭 신호로 작용하는 것을 최소화하기 위함이다.
상기 송신 노드는 상기 두 개의 타임 슬롯 중 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯) 동안 제1 신호를 제1 확산 코드를 이용하여 전송하고, 제2 신호를 제2 확산 코드를 이용하여 전송한다. 상기 제2 확산 코드를 이용하여 전송할 제2 신호는 복소 켤레를 취한 후 반전이 이루어진다.
이때 상기 제1 및 제2 신호에 대해서는 상기 송신 노드가 하나의 타임 슬롯에서 하나의 신호를 송신하기 위해 사용하는 전력이 할당된다. 일 예로 상기 제1 또는 제2신호에 대해서는 제1 타임 슬롯에서 제1 및 제2신호를 중첩 전송하기 위해 제1신호에 대해 할당된 전력과 제2신호에 대해 할당된 전력의 합에 해당하는 전력을 할당할 수 있다.
릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제1신호와 제2신호가 중첩된 신호를 제1 또는 제2 확산 코드를 이용하여 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제1신호와 제2신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제1신호를 제거하여 제2신호를 검출한다.
그 후 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯 동안 앞서 검출된 제2신호를 제1 확산 코드를 이용하여 전송하며, 상기 앞서 검출된 제1신호를 제2 확산 코드를 이 용하여 전송한다. 이때 상기 검출된 제1 및 제2신호의 전송을 위해 별도의 전력이 할당된다. 그리고 상기 제2 타임 슬롯에서 제2 확산 코드를 이용하여 전송할 제1신호는 복소 켤레가 취하여진다.
수신 노드는 상술한 바에 의해 두 개의 타임 슬롯을 통해 제1 또는 제2 확산 코드를 이용하여 송신 노드로부터 수신되는 신호와 하나의 타임 슬롯을 통해 제1 및 제2 확산 코드를 이용하여 릴레이 노드로부터 수신되는 신호를 이용하여 제1신호와 제2신호를 획득한다.
하기의 <표 13>은 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00347
상기 <표 13>을 참조하면, 송신 노드는 제1 타임 슬롯 동안 제1 확산 코드 (또는 제2 확산 코드)를 사용하여 제1 신호와 제2 신호에 차등적 송신 전력을 할당하여 중첩 신호인
Figure 112009068810174-pat00348
신호를 송신한다.
릴레이 노드는 수신된 중첩 신호로부터 SIC & decoding을 통하여 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00349
과 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00350
각각을 검출한다. 하지만 상기 릴레이 노드가 SIC & decoding이 불가능한 경우, 중첩 신호인
Figure 112009068810174-pat00351
신호로부터 높은 전력에 의해 전송된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00352
를 우선적으로 검출한다
Figure 112009068810174-pat00353
그리고 상기 검출된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00354
를 중첩 신호인
Figure 112009068810174-pat00355
신호에서 제거함으로써, 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00356
를 검출한다.
제2 타임 슬롯 동안 송신 노드와 릴레이 노드는 제1 확산 코드를 이용하여
Figure 112009068810174-pat00357
신호와
Figure 112009068810174-pat00358
신호 각각을 전송한다. 그리고 제2 확산 코드를 이용하여
Figure 112009068810174-pat00359
신호와
Figure 112009068810174-pat00360
신호 각각을 전송한다. 따라서 송신 노드와 릴레이 노드가 두 개의 확산 코드를 이용하여 송신기-릴레이 협력 공간-코드 블록 코드 방식으로 협력 전송한다.
수신 노드는 제2 타임 슬롯 동안 제1 확산 코드를 통하여 수신한 신호와 제2 확산 코드를 통하여 수신한 신호를 공간-코드 블록 코드 디코딩하여 제1 신호와 제2 신호를 검출한다. 그리고 상기 검출된 제1 신호를 제1 타임 슬롯 동안 수신한 제1 신호와 결합하여 검출한다.
하기 <표 14>는 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯 동안 송신 노드와 릴레이 노드가 전송한 신호와 수신 노드가 수신한 신호를 정리하여 보이고 있다.
Figure 112009068810174-pat00361
상기 <표 14>에서
Figure 112009068810174-pat00362
는 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이고,
Figure 112009068810174-pat00363
는 릴레이 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이다. 그리고 상기 채널 이득을 결정하는 채널 특성은 연속된 제1 확산 코드와 제2 확산 코드를 이용하여 신호가 전송되는 제1 및 제2 타임 슬롯 동안은 변하지 않음을 가정한다.
한편 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서는 송신 노드가 전송한 중첩 신호로부터 신호 전력이 상대적으로 높은 제1 신호를 수신하고, 신호 전력이 상대적으로 낮은 제2 신호는 간섭
Figure 112009068810174-pat00364
로 고려한다.
상기 <표 14>에서 정의된 수신 노드에서 수신한 신호의 정의에서
Figure 112009068810174-pat00365
은 제1 또는 제2 확산 코드를 이용하여 신호를 전송하는 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다. 그리고 상기
Figure 112009068810174-pat00366
은 제1 확산 코드를 이용하여 신호를 전송하는 제2 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이며,
Figure 112009068810174-pat00367
은 제2 확산 코드를 이용하여 신호를 전송하는 제2 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다.
상기 수신 노드에서의 신호 디코딩에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 타임 슬롯 동안 제1 및 제2 확산 코드를 통하여 수신 노드에서 수신된 신호
Figure 112009068810174-pat00368
,
Figure 112009068810174-pat00369
,
Figure 112009068810174-pat00370
각각은 하기 <수학식 54>로 정의할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00371
여기서,
Figure 112009068810174-pat00372
이다.
한편 상기 제2 타임 슬롯 동안 제2 확산 코드를 이용하여 수신된 신호를 복소 켤레 (conjugate)를 취하여, 상기 <수학식 54>로 정의된 신호들을 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 55>으로 표현할 수 있다.
이때, 상기 <수학식 55> 내의 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00374
는 하기 <수학식 56>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00375
따라서 상기 <수학식 55>으로 표현된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian)을 곱하면 하기 <수학식 57>로 표현된다.
Figure 112009068810174-pat00376
여기서,
Figure 112009068810174-pat00377
은
Figure 112009068810174-pat00378
의 조건을 만족한다.
상기 <수학식 57>의 정의를 고려하면, 각 심볼은 하기 <수학식 58>과 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00379
,
Figure 112009068810174-pat00380
를 검출할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00381
Figure 112009068810174-pat00382
여기서, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00383
는
Figure 112009068810174-pat00384
의 조건을 만족한다.
만약, 제1 타임 슬롯 동안 제2 신호에 의한 간섭 의 전력이 매우 작아 무시할 수 있다면, 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00385
은
Figure 112009068810174-pat00386
의 조건을 만족한다.
따라서 유효 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00387
은 하기 <수학식 59>의 조건을 만족한다.
따라서, 각 심볼의 수신 SNR은 하기 <수학식 60>로 정의될 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00389
만약, 송신 노드에서 주파수 홉핑 기술을 사용하여 신호를 전송한다면, 추가적인 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 예컨대 송신 노드는 추가적인 다이버시티 이득을 얻기 위해 제1 타임 슬롯에서의 주파수(또는 부반송파)와 제2 타임 슬롯에서의 주파수(또는 부반송파)를 서로 상이한 자원으로 할당할 수 있다. 즉 제1 타임 슬롯 동안 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 사용하고, 제2 타임 슬롯 동안 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 사용할 수 있다. 하기 <표 15>는 제1 타임 슬롯과 제2 타임 슬롯 동안 주파수 홉핑을 이용하여 송신 노드와 릴레이 노드가 전송한 신호와 수신 노드가 수신한 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00390
상기 <표 15>에서
Figure 112009068810174-pat00391
는 제1 타임 슬롯 동안 제1 확산 코드와 제1 주파수를 이용하여 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이고,
Figure 112009068810174-pat00392
는 제2 타임 슬롯 동안 제1 및 제2 확산 코드와 제2 주파수를 이용하여 송신 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이며,
Figure 112009068810174-pat00393
는 제2 타임 슬롯 동안 제1 및 제2 확산 코드와 제2 주파수를 이용하여 릴레이 노드와 수신 노드 사이에 형성된 채널 이득이다.
이때 제2 타임 슬롯 동안 제1 및 제2 확산 코드를 이용하여 전송된 신호가 경험하는 채널 특성은 동일함을 가정한다. 하지만 제1 타임 슬롯 동안 전송된 신호와 제2 타임 슬롯 동안 전송된 신호는 서로 인접하지 않은 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 통하여 전송되기 때문에 서로 다른 채널 특성을 경험한다.
한편 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서는 송신 노드가 전송한 중첩 신호로부터 신호 전력이 상대적으로 높은 제1 신호를 수신하고, 신호 전력이 상대적으로 낮은 제2 신호는 간섭
Figure 112009068810174-pat00394
로 고려한다.
상기 <표 15>에서 정의된 수신 노드에서 수신한 신호의 정의에서
Figure 112009068810174-pat00395
은 제1 확산 코드와 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 신호를 전송하는 제1 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다. 그리고
Figure 112009068810174-pat00396
은 제1 확산 코드와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 신호를 전송하는 제2 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이며,
Figure 112009068810174-pat00397
은 제2 확산 코드와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 신호를 전송하는 제2 타임 슬롯 동안 수신 노드에서의 잡음이다.
상기 수신 노드에서의 신호 디코딩에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 제1 및 제2 타임 슬롯 동안 제1 및 제2 확산 코드와 제1 및 제2 주파수(또는 제1 및 제2 부반송파)를 통하여 수신 노드에서 수신된 신호
Figure 112009068810174-pat00398
,
Figure 112009068810174-pat00399
,
Figure 112009068810174-pat00400
각각은 하기 <수학식 61>로 정의할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00401
여기서,
Figure 112009068810174-pat00402
이다.
한편 상기 제2 타임 슬롯 동안 제2 확산 코드를 이용하여 수신된 신호를 복소 켤레 (conjugate)를 취하여, 상기 <수학식 61>으로 정의된 신호들을 벡터 형식으로 나타내면 하기 <수학식 62>로 표현할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00403
이때, 상기 <수학식 62> 내의 유효 채널 행렬
Figure 112009068810174-pat00404
는 하기 <수학식 63>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00405
따라서 상기 <수학식 62>로 표현된 수신 신호에 유효 채널 행렬의 허미션 (Hermitian)을 곱하면 하기 <수학식 64>로 표현된다.
Figure 112009068810174-pat00406
여기서,
Figure 112009068810174-pat00407
은
Figure 112009068810174-pat00408
의 조건을 만족한다.
상기 <수학식 64>의 정의를 고려하면, 각 심볼은 하기 <수학식 65>과 같이 나타낼 수 있고, 이로부터 원신호
Figure 112009068810174-pat00409
,
Figure 112009068810174-pat00410
를 검출할 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00411
여기서, 송신 신호
Figure 112009068810174-pat00412
는
Figure 112009068810174-pat00413
의 조건을 만족한다.
만약, 제1 타임 슬롯 동안 제2 신호에 의한 간섭
Figure 112009068810174-pat00414
의 전력이 매우 작아 무시할 수 있다면, 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00415
은
Figure 112009068810174-pat00416
의 조건을 만족한다.
따라서 유효 잡음 벡터
Figure 112009068810174-pat00417
은 하기 <수학식 66>의 조건을 만족한다.
Figure 112009068810174-pat00418
따라서, 각 심볼의 수신 SNR은 하기 <수학식 67>로 정의할 수 있으며, 제1 신호는 추가적인 다이버시티 이득을 얻었음을 알 수 있다.
Figure 112009068810174-pat00419
한편 상술한 설명에서는 제1 및 제2 타임 슬롯에서의 신호 전송 및 수신에 대해서만 설명하였으나 그 이후의 타임 슬롯, 일 예로 제3 및 제4 타임 슬롯에 대해서도 앞에서 설명한 방식에 의해 제3 신호
Figure 112009068810174-pat00420
과 제4 신호
Figure 112009068810174-pat00421
를 송신기-릴레이 협력 공간-코드 블록 코드 방식으로 협력 전송한다. 또한 수신 노드는 이를 수 신하여 공간-코드 블록 코드 디코딩을 통하여 제3 신호
Figure 112009068810174-pat00422
과 제4 신호
Figure 112009068810174-pat00423
를 검출한다. 이러한 과정을 반복하여 연속적으로 데이터의 송/수신이 가능하다.
B-2. 전 이중화 방식 기반
이하 본 발명의 제2실시 예에 따른 FD-RS 기반의 릴레이 네트워크에서의 협력 전송 방안을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편 하기에서 설명할 본 발명의 제2실시 예에서는 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 다양한 블록 코드 방식의 적용 예를 구분하여 설명하도록 한다.
a. 공간-시간 블록 코드 (STBC; Space-Time Block Code) 적용
본 발명의 제2실시 예에 STBC를 적용하여 구현하는 경우, 최초 전송 시에는 세 개의 타임 슬롯에서 세 개의 중첩 신호를 전송하며, 그 이후의 전송 시에는 두 개의 타임 슬롯에서 두 개의 중첩 신호를 전송한다. 두 번째 전송 시부터 두 개의 타임 슬롯을 통해 두 개의 중첩 신호를 전송할 수 있는 것은 이미 이전 전송 시에 상기 두 개의 신호에 대한 중첩 전송이 이루어졌기 때문이다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 최초 전송 구간에 상응하는 세 개의 타임 슬롯에서 제1 내지 제4 신호를 전송한다. 즉 세 개의 타임 슬롯 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯)에서 최초 전송 시에 전송하고자 하는 두 개의 신호인 제1 신호와 제2 신호의 중첩 신호를 송신한다. 그리고 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯) 에서 제1 신호와 제3 신호의 중첩 신호를 송신하며, 세 번째 타임 슬롯 (제3 타임 슬롯)에서 제2 신호와 제4 신호의 중첩 신호를 송신한다.
상기 송시 노드는 최초 전송 구간 이후의 전송 구간에 상응하는 두 개의 타임 슬롯에서는 4개 신호의 조합에 의한 두 개의 중첩 신호를 전송한다.
일 예로 두 번째 전송 구간에 상응하는 두 개의 타임 슬롯 중 첫 번째 타임 슬롯 (제4 타임 슬롯)에서 최초 전송 구간에서 중첩 전송된 제3 신호와 제5 신호의 중첩 신호를 송신하며, 두 번째 타임 슬롯 (제5 타임 슬롯)에서 최초 전송 구간에서 중첩 전송된 제4 신호와 제6 신호의 중첩 신호를 송신한다.
상기 송신 노드는 상술한 설명에서 중첩 전송이 이루어지는 제1 내지 제5 타임 슬롯에서 중첩 전송할 두 개의 신호들에 대해서는 차등적 송신 전력을 할당한다. 이때 바람직하기로는 두 개의 신호들 중 하나의 신호에 대해서는 다른 하나의 신호에 비해 상대적으로 높은 전력을 할당한다. 이와 같이 전력을 할당하는 이유는 릴레이 노드로만 전달되기를 원하는 신호가 다른 하나의 신호에 간섭 신호로 작용하는 것을 최소화하기 위함이다.
예컨대 제1 신호와 제2 신호의 중첩 신호가 전송되는 제1 타임 슬롯에서는 제1 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당하고, 제1 신호와 제3 신호의 중첩 신호가 전송되는 제2 타임 슬롯에서는 제1 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당하며, 제2 신호와 제4 신호의 중첩 신호가 전송되는 제3 타임 슬롯에서는 제2 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당한다.
그리고 제3 신호와 제5 신호의 중첩 신호가 전송되는 제4 타임 슬롯에서는 제3 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당하고, 제4 신호와 제6 신호의 중첩 신호가 전송되는 제5 타임 슬롯에서는 제4 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당한다.
한편 상기 제3 타임 슬롯에서 중첩 전송될 제2 신호와 상기 제5 타임 슬롯에서 중첩 전송될 제4 신호는 복수 켤레된 후 반전되어 전송된다.
릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제1 신호와 제2 신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제1 신호와 제2 신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제1 신호를 제거하여 제2 신호를 검출한다.
그 후 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제1 신호와 제3 신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제1 신호와 제3 신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1 신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제1 신호를 제거하여 제3 신호를 검출한다.
그리고 상기 릴레이 노드는 전 이중화 방식을 지원함으로, 상기 제1 타임 슬롯에서 검출한 제2 신호를 할당된 전력에 의해 상기 제2 타임 슬롯에서 전송한다.
또한 상기 릴레이 노드는 제3 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제2 신호와 제4 신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제2 신호와 제4 신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제2 신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제2 신호를 제거하여 제4 신호를 검출한다.
그리고 상기 릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯 및 제2 타임 슬롯에서 검출한 제1 신호의 복소 켤레 신호를 할당된 전력에 의해 상기 제3 타임 슬롯에서 전송한다.
한편 상기 릴레이 노드는 두 번째 전송 구간 이후의 전송 구간에 상응하는 타임 슬롯부터는 이전 전송 구간에서 이미 수신한 신호들을 전송한다. 예컨대 상기 릴레이 노드는 첫 번째 전송 구간에 상응하는 제2와 제3 타임 슬롯에서 제3 신호와 제4 신호를 수신하였다. 따라서 상기 릴레이 노드는 두 번째 전송 구간에 상응하는 두 개의 타임 슬롯 중 첫 번째 타임 슬롯인 제4 타임 슬롯에서 상기 제4 신호를 할당된 전력에 의해 전송할 수 있다. 또한 상기 릴레이 노드는 두 번째 전송 구간에 상응하는 두 개의 타임 슬롯 중 두 번째 타임 슬롯인 제5 타임 슬롯에서 상기 제3 신호의 복소 켤레 신호를 할당된 전력에 의해 전송할 수 있다.
뿐만 아니라 상기 릴레이 노드는 상기 제4 타임 슬롯과 제5 타임 슬롯에서 세 번째 전송 구간에 상응하는 제6 타임 슬롯 및 제7 타임 슬롯에서 전송할 제5 신호와 제6 신호를 수신한다.
그 후의 전송 구간에 상응하는 타임 슬롯에서 이루어지는 상기 릴레이 노드의 동작은 앞서 설명한 두 번째 전송 구간에 상응하는 타임 슬롯에서 이루어지는 동작과 동일하다.
수신 노드는 첫 번째 전송 구간에 상응하는 제1 내지 제3 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 전송된 중첩 신호들과, 제2 및 제3 타임슬롯에서 상기 릴레이 노드로부터 전송된 제1 및 제2신호를 이용하여 상기 송신 노드가 전송하고자 하였던 제1 신호와 제2 신호를 획득한다.
하기의 <표 16>은 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00424
상기 <표 16>을 참조하면, 송신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 신호와 제2 신호에 차등적 송신 전력을 할당하여 중첩한
Figure 112009068810174-pat00425
신호를 송신한다. 릴레이 노드는 수신된 중첩 신호로부터 SIC & decoding을 통하여 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00426
과 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00427
각각을 검출한다. 하지만 SIC & decoding이 불가능한 릴레이 노드의 경우에는 중첩 신호 중 높은 전력으로 전송된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00428
를 우선 검출한다
Figure 112009068810174-pat00429
그리고 상기 검출된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00430
를 상기 중첩 신호로부터 제거함으로써, 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00431
를 검출한다.
제2 타임 슬롯에서 송신 노드는
Figure 112009068810174-pat00432
신호를 전송하고, 릴레이 노드는 SIC & decoding을 통하여
Figure 112009068810174-pat00433
,
Figure 112009068810174-pat00434
신호를 검출하는 동시에
Figure 112009068810174-pat00435
신호를 전송한다. 그리고 제3 타임 슬롯에서 송신 노드는
Figure 112009068810174-pat00436
신호를 전송하고, 릴레이 노드는 SIC & decoding을 통하여
Figure 112009068810174-pat00437
,
Figure 112009068810174-pat00438
신호를 검출하는 동시에
Figure 112009068810174-pat00439
신호를 전송한다.
따라서 송신 노드와 릴레이 노드는 최초 전송 시에는 연속된 세 개의 타임 슬롯을 이용하여 송신기-릴레이 협력 공간-시간 블록 코드 방식으로 협력 전송한다.
한편 수신 노드는 제2 타임 슬롯과 제3 타임 슬롯 동안 수신한 신호를 공간-시간 블록 코드 디코딩하여 제1 신호와 제2 신호를 검출하거나, 제1 신호의 경우 제1 타임 슬롯에서 수신한 제1 신호와 결합하여 검출한다.
다음으로, 제4 타임 슬롯과 제5 타임 슬롯에서 송신 노드와 릴레이 노드가 제3 신호
Figure 112009068810174-pat00440
과 제4 신호
Figure 112009068810174-pat00441
를 송신기-릴레이 협력 공간-시간 블록 코드 방식으로 협력 전송한다. 수신 노드는 이를 수신하여 공간-시간 블록 코드 디코딩을 통하여 제3 신호와 제4 신호를 복원한다.
이때, 릴레이 노드는 협력 전송하는 제3 신호와 제4 신호를 앞서 제2 타임 슬롯과 제3 타임 슬롯에서 송신 노드가 전송한 중첩 신호로부터 수신하였으므로, 송신 노드로부터 별도로 전송 받을 필요가 없다. 따라서 상술한 과정을 반복하여 수행함으로써, 연속적인 데이터 전송이 가능하다.
b. 공간-주파수 블록 코드 (SFBC; Space-Frequency Block Code) 적용
본 발명의 제2실시 예에 SFBC를 적용하여 구현하는 경우, 최초 전송 시에는 두 개의 타임 슬롯에서 두 개의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 세 개의 중첩 신호를 전송하며, 그 이후의 전송 시에는 하나의 타임 슬롯에서 두 개의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 두 개의 중첩 신호를 전송한다. 두 번째 전송 시부터 하나의 타임 슬롯을 통해 두 개의 중첩 신호를 두 개의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 전송할 수 있는 것은 이미 이전 전송 시에 상기 두 개의 신호에 대한 중첩 전송이 이루어졌기 때문이다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 최초 전송 구간에 상응하는 두 개의 타임 슬롯에서 제1 내지 제4 신호를 전송한다. 즉 두 개의 타임 슬롯 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯)에서 최초 전송 시에 전송하고자 하는 두 개의 신호인 제1 신호와 제2 신호의 중첩 신호를 제1 또는 제2 주파수 (제1 또는 제2 부반송파)를 이용하여 송신한다.
그리고 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯)에서 제1 신호와 제3 신호의 중첩 신호를 제1 주파수 (또는 제1부반송파)를 이용하여 송신하며, 제2 신호의 복소 켤레 신호를 반전한 신호와 제4 신호의 중첩 신호를 제2주파수 (또는 제2부반송파)를 이용하여 송신한다.
상기 송시 노드는 최초 전송 구간 이후의 전송 구간에 상응하는 하나의 타임 슬롯에서는 4개 신호의 조합에 의한 두 개의 중첩 신호를 서로 다른 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 전송한다.
일 예로 두 번째 전송 구간에 상응하는 제3 타임 슬롯에서 최초 전송 시에 중첩 전송된 제3 신호와 제5 신호의 중첩 신호를 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 송신하며, 최초 전송 시에 중첩 전송된 제4 신호와 제6 신호의 중첩 신호를 제2 주파수 (제2 부반송파)를 이용하여 송신한다.
상기 송신 노드는 제1 내지 제3 타임 슬롯에서 두 개의 주파수 (또는 부반송파) 중 하나의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 중첩 전송할 두 개의 신호들에 대해서는 차등적 송신 전력을 할당한다. 이때 바람직하기로는 두 개의 신호들 중 하나의 신호에 대해서는 다른 하나의 신호에 비해 상대적으로 높은 전력을 할당한다. 이와 같이 전력을 할당하는 이유는 릴레이 노드로만 전달되기를 원하는 신호가 다른 하나의 신호에 간섭 신호로 작용하는 것을 최소화하기 위함이다.
예컨대 제1 신호와 제2 신호의 중첩 신호가 제1 또는 제2 주파수 (제1 또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송되는 제1 타임 슬롯에서는 제1 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당한다. 그리고 제1 신호와 제3 신호의 중첩 신호가 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 전송되는 제2 타임 슬롯에서는 제1 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당하며, 제2 신호와 제4 신호의 중첩 신호가 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송되는 제2 타임 슬롯에서는 제2 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당한다.
그리고 제3 신호와 제5 신호의 중첩 신호가 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 전송되는 제3 타임 슬롯에서는 제3 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당하고, 제4 신호와 제6 신호의 중첩 신호가 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송되는 제3 타임 슬롯에서는 제4 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당한다.
한편 상기 제2 타임 슬롯에서 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 중첩 전송될 제2 신호와 상기 제3 타임 슬롯에서 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 중첩 전송될 제4 신호는 복수 켤레된 후 반전되어 전송된다.
릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제1 또는 제2 주파수 (제1 또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송된 제1 신호와 제2 신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제1 신호와 제2 신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제1 신호를 제거하여 제2 신호를 검출한다.
그 후 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제1 주파수 (제1 부반송파)를 이용하여 전송된 제1 신호와 제3 신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제1 신호와 제3 신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1 신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제1 신호를 제거하여 제3 신호를 검출한다.
또한 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제2 주파수 (제2 부반송파)를 이용하여 전송된 제2 신호와 제4 신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제2 신호와 제4 신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제2 신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제2 신호를 제거하여 제4 신호를 검출한다.
그리고 상기 릴레이 노드는 전 이중화 방식을 지원함으로, 상기 제1 타임 슬롯에서 검출한 제2 신호를 할당된 전력에 의해 상기 제2 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 전송한다. 또한 상기 릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯에서 검출한 제1 신호의 복소 켤레 신호를 할당된 전력에 의해 상기 제2 타임 슬롯에서 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송한다.
한편 상기 릴레이 노드는 두 번째 전송 구간인 제3 타임 슬롯 이후의 타임 슬롯부터는 이전 전송 구간에서 이미 수신한 신호들을 전송한다. 예컨대 상기 릴레이 노드는 첫 번째 전송 구간에 상응하는 제2 타임 슬롯에서 제3 신호와 제4 신호를 수신하였다. 따라서 상기 릴레이 노드는 두 번째 전송 구간에 상응하는 제3 타임 슬롯에서 서로 다른 주파수 (또는 부반송파)인 제1 및 제2 주파수 (제1 및 제2 부반송파)를 이용하여 상기 제4 신호와 상기 제3 신호의 복소 켤레 신호를 할당된 전력에 의해 전송할 수 있다.
뿐만 아니라 상기 릴레이 노드는 상기 제3 타임 슬롯에서 서로 다른 두 개의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 제4 타임 슬롯에서 전송할 제5 신호와 제6 신호를 수신한다.
그 후의 전송 구간에 상응하는 타임 슬롯에서 이루어지는 상기 릴레이 노드의 동작은 앞서 설명한 두 번째 전송 구간에 상응하는 타임 슬롯에서 이루어지는 동작과 동일하다.
수신 노드는 첫 번째 전송 구간에 상응하는 제1 및 제2 타임 슬롯에서 두 개의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 중첩 신호들과, 제2 타임슬롯에서 서로 다른 두 개의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 상기 릴레이 노드로부터 전송된 제1 및 제2신호를 이용하여 상기 송신 노드가 전송하고자 하였던 제1 신호와 제2 신호를 획득한다.
하기의 <표 17>은 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00442
상기 <표 17>을 참조하면, 송신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파) 또는 제2 주파수(또는 제2 부반송파)를 이용하여 제1 신호와 제2 신호에 차등적 송신 전력을 할당하여 중첩한
Figure 112009068810174-pat00443
신호를 송신한다.
릴레이 노드는 수신된 중첩 신호로부터 SIC & decoding을 통하여 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00444
과 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00445
각각을 검출한다. 하지만 SIC & decoding이 불가능한 릴레이 노드의 경우에는 중첩 신호 중 높은 전력으로 전송된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00446
을 우선 검출한다
Figure 112009068810174-pat00447
그리고 상기 검출된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00448
를 상기 중첩 신호로부터 제거함으로써, 제2 신호를 검출한다.
제2 타임 슬롯에서 송신 노드와 릴레이 노드는 제1 주파수 (또는 제1부반송파)를 이용하여
Figure 112009068810174-pat00449
신호와
Figure 112009068810174-pat00450
신호 각각을 전송하고, 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여
Figure 112009068810174-pat00451
신호와
Figure 112009068810174-pat00452
신호 각각을 전송한다.
따라서 송신 노드와 릴레이 노드는 최초 전송 시에는 연속된 두 개의 타임 슬롯과 두 개의 주파수 (또는 부반송파)를 이용하여 송신기-릴레이 협력 공간-주파수 블록 코드 방식으로 협력 전송한다.
상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 신호를 전송함과 동시에 송신 노드로부터 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 이용하여 전송된 중첩 신호와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 전송된 중첩 신호를 수신한다. 그리고 상기 제1 및 제2 주파수 (또는 제1 및 제2 부반송파)를 이용하여 수신한 중첩 신호들로부터
Figure 112009068810174-pat00453
,
Figure 112009068810174-pat00454
신호와
Figure 112009068810174-pat00455
,
Figure 112009068810174-pat00456
신호를 검출한다.
한편 수신 노드는 제2 타임 슬롯에서 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)를 통하여 수신한 신호와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 통하여 수신한 신호를 공간-주파수 블록 코드 디코딩하여 제1 신호와 제2 신호를 검출하거나, 제1 신호의 경우 제1 타임 슬롯에서 수신한 제1 신호와 결합하여 검출한다.
다음으로, 제3 타임 슬롯에서 송신 노드와 릴레이 노드가 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 이용하여 제3 신호
Figure 112009068810174-pat00457
과 제4 신호
Figure 112009068810174-pat00458
를 송신기-릴레이 협력 공간-주파수 블록 코드 방식으로 협력 전송한다. 수신 노드는 이를 수신하여 공간-주파수 블록 코드 디코딩을 통하여 제3 신호와 제4 신호를 복원한다.
이때, 릴레이 노드는 협력 전송하는 제3 신호와 제4 신호를 앞서 제2 타임 슬롯 동안 송신 노드가 제1 주파수 (또는 제1 부반송파)와 제2 주파수 (또는 제2 부반송파)를 통하여 전송한 중첩 신호로부터 수신하였으므로, 송신 노드로부터 별도로 전송 받을 필요가 없다. 따라서 상술한 과정을 반복하여 수행함으로써, 연속적인 데이터 전송이 가능하다.
c. 공간-코드 블록 코드 (SCBC; Space-Code Block Code) 적용
본 발명의 제2실시 예에 SCBC를 적용하여 구현하는 경우, 최초 전송 시에는 두 개의 타임 슬롯에서 두 개의 확산 코드를 이용하여 세 개의 중첩 신호를 전송하며, 그 이후의 전송 시에는 하나의 타임 슬롯에서 두 개의 확산 코드를 이용하여 두 개의 중첩 신호를 전송한다. 두 번째 전송 시부터 하나의 타임 슬롯을 통해 두 개의 중첩 신호를 두 개의 확산 코드를 이용하여 전송할 수 있는 것은 이미 이전 전송 시에 상기 두 개의 신호에 대한 중첩 전송이 이루어졌기 때문이다.
보다 구체적으로, 송신 노드는 최초 전송 구간에 상응하는 두 개의 타임 슬롯에서 제1 내지 제4 신호를 전송한다. 즉 두 개의 타임 슬롯 중 첫 번째 타임 슬롯 (제1 타임 슬롯)에서 최초 전송 시에 전송하고자 하는 두 개의 신호인 제1 신호와 제2 신호의 중첩 신호를 제1 또는 제2 확산 코드를 이용하여 송신한다.
그리고 두 번째 타임 슬롯 (제2 타임 슬롯)에서 제1 신호와 제3 신호의 중첩 신호를 제1 확산 코드를 이용하여 송신하며, 제2 신호의 복소 켤레 신호를 반전한 신호와 제4 신호의 중첩 신호를 제2 확산 코드를 이용하여 송신한다.
상기 송시 노드는 최초 전송 구간 이후의 전송 구간에 상응하는 하나의 타임 슬롯에서는 4개 신호의 조합에 의한 두 개의 중첩 신호를 서로 다른 확산 코드를 이용하여 전송한다.
일 예로 두 번째 전송 구간에 상응하는 제3 타임 슬롯에서 최초 전송 시에 중첩 전송된 제3 신호와 제5 신호의 중첩 신호를 제1 확산 코드를 이용하여 송신하며, 최초 전송 시에 중첩 전송된 제4 신호와 제6 신호의 중첩 신호를 제2 확산 코드를 이용하여 송신한다.
상기 송신 노드는 제1 내지 제3 타임 슬롯에서 두 개의 확산 코드 중 하나의 확산 코드를 이용하여 중첩 전송할 두 개의 신호들에 대해서는 차등적 송신 전력을 할당한다. 이때 바람직하기로는 두 개의 신호들 중 하나의 신호에 대해서는 다른 하나의 신호에 비해 상대적으로 높은 전력을 할당한다. 이와 같이 전력을 할당하는 이유는 릴레이 노드로만 전달되기를 원하는 신호가 다른 하나의 신호에 간섭 신호로 작용하는 것을 최소화하기 위함이다.
예컨대 제1 신호와 제2 신호의 중첩 신호가 제1 또는 제2 확산 코드를 이용하여 전송되는 제1 타임 슬롯에서는 제1 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당한다. 그리고 제1 신호와 제3 신호의 중첩 신호가 제1 확산 코드를 이용하여 전송되는 제2 타임 슬롯에서는 제1 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당하며, 제2 신호와 제4 신호의 중첩 신호가 제2 확산 코드를 이용하여 전송되는 제2 타임 슬롯에서는 제2 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당한다.
그리고 제3 신호와 제5 신호의 중첩 신호가 제1 확산 코드를 이용하여 전송되는 제3 타임 슬롯에서는 제3 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당하고, 제4 신호와 제6 신호의 중첩 신호가 제2 확산 코드를 이용하여 전송되는 제3 타임 슬롯에서는 제4 신호에 대해 상대적으로 높은 전력을 할당한다.
한편 상기 제2 타임 슬롯에서 제2 확산 코드를 이용하여 중첩 전송될 제2 신호와 상기 제3 타임 슬롯에서 제2 확산 코드를 이용하여 중첩 전송될 제4 신호는 복수 켤레된 후 반전되어 전송된다.
릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제1 또는 제2 확산 코드를 이용하여 전송된 제1 신호와 제2 신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제1 신호와 제2 신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제1 신호를 제거하여 제2 신호를 검출한다.
그 후 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제1 확산 코드를 이용하여 전송된 제1 신호와 제3 신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제1 신호와 제3 신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제1 신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제1 신호를 제거하여 제3 신호를 검출한다.
또한 상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 상기 송신 노드로부터 제2 확산 코드를 이용하여 전송된 제2 신호와 제4 신호가 중첩된 신호를 수신한다. 그리고 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 제2 신호와 제4 신호를 검출한다. 일 예로 상기 릴레이 노드는 상기 중첩 신호로부터 높은 전력으로 전송된 제2 신호를 검출하고, 상기 중첩 신호로부터 상기 검출한 제2 신호를 제거하여 제4 신호를 검출한다.
그리고 상기 릴레이 노드는 전 이중화 방식을 지원함으로, 상기 제1 타임 슬롯에서 검출한 제2 신호를 할당된 전력에 의해 상기 제2 타임 슬롯에서 제1 확산 코드를 이용하여 전송한다. 또한 상기 릴레이 노드는 상기 제1 타임 슬롯에서 검출한 제1 신호의 복소 켤레 신호를 할당된 전력에 의해 상기 제2 타임 슬롯에서 제2 확산 코드를 이용하여 전송한다.
한편 상기 릴레이 노드는 두 번째 전송 구간인 제3 타임 슬롯 이후의 타임 슬롯부터는 이전 전송 구간에서 이미 수신한 신호들을 전송한다. 예컨대 상기 릴레이 노드는 첫 번째 전송 구간에 상응하는 제2 타임 슬롯에서 제3 신호와 제4 신호를 수신하였다. 따라서 상기 릴레이 노드는 두 번째 전송 구간에 상응하는 제3 타임 슬롯에서 서로 다른 확산 코드인 제1 및 제2 확산 코드를 이용하여 상기 제4 신호와 상기 제3 신호의 복소 켤레 신호를 할당된 전력에 의해 전송할 수 있다.
뿐만 아니라 상기 릴레이 노드는 상기 제3 타임 슬롯에서 서로 다른 두 개의 확산 코드를 이용하여 제4 타임 슬롯에서 전송할 제5 신호와 제6 신호를 수신한다.
그 후의 전송 구간에 상응하는 타임 슬롯에서 이루어지는 상기 릴레이 노드의 동작은 앞서 설명한 두 번째 전송 구간에 상응하는 타임 슬롯에서 이루어지는 동작과 동일하다.
수신 노드는 첫 번째 전송 구간에 상응하는 제1 및 제2 타임 슬롯에서 두 개의 확산 코드를 이용하여 상기 송신 노드로부터 전송된 중첩 신호들과, 제2 타임 슬롯에서 서로 다른 두 개의 확산 코드를 이용하여 상기 릴레이 노드로부터 전송된 제1 및 제2신호를 이용하여 상기 송신 노드가 전송하고자 하였던 제1 신호와 제2 신호를 획득한다.
하기의 <표 18>은 앞에서 살펴본 릴레이 네트워크 내에서 송신 모드와 릴레이 노드 및 수신 노드 상호 간에 송/수신되는 신호를 정의하고 있다.
Figure 112009068810174-pat00459
상기 <표 18>을 참조하면, 송신 노드는 제1 타임 슬롯에서 제1 확산 코드 또는 제2 확산 코드를 이용하여 제1 신호와 제2 신호에 차등적 송신 전력을 할당하여 중첩한
Figure 112009068810174-pat00460
신호를 송신한다.
릴레이 노드는 수신된 중첩 신호로부터 SIC & decoding을 통하여 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00461
과 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00462
각각을 검출한다. 하지만 SIC & decoding이 불가능한 릴레이 노드의 경우에는 중첩 신호 중 높은 전력으로 전송된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00463
을 우선 검출한다
Figure 112009068810174-pat00464
그리고 상기 검출된 제1 신호
Figure 112009068810174-pat00465
를 상기 중첩 신호로부터 제거함으로써, 제2 신호
Figure 112009068810174-pat00466
를 검출한다.
제2 타임 슬롯에서 송신 노드와 릴레이 노드는 제1 확산 코드를 이용하여
Figure 112009068810174-pat00467
신호와
Figure 112009068810174-pat00468
신호 각각을 전송하고, 제2 확산 코드를 이용하여
Figure 112009068810174-pat00469
신호와
Figure 112009068810174-pat00470
신호 각각을 전송한다.
따라서 송신 노드와 릴레이 노드는 최초 전송 시에는 연속된 두 개의 타임 슬롯과 두 개의 확산 코드를 이용하여 송신기-릴레이 협력 공간-코드 블록 코드 방식으로 협력 전송한다.
상기 릴레이 노드는 제2 타임 슬롯에서 신호를 전송함과 동시에 송신 노드로부터 제1 확산 코드를 이용하여 전송된 중첩 신호와 제2 확산 코드를 이용하여 전송된 중첩 신호를 수신한다. 그리고 상기 제1 및 제2 확산 코드를 이용하여 수신한 중첩 신호들로부터
Figure 112009068810174-pat00471
,
Figure 112009068810174-pat00472
신호와
Figure 112009068810174-pat00473
,
Figure 112009068810174-pat00474
신호를 검출한다.
한편 수신 노드는 제2 타임 슬롯에서 제1 확산 코드를 통하여 수신한 신호와 제2 확산 코드를 통하여 수신한 신호를 공간-코드 블록 코드 디코딩하여 제1 신호와 제2 신호를 검출하거나, 제1 신호의 경우 제1 타임 슬롯에서 수신한 제1 신호와 결합하여 검출한다.
다음으로, 제3 타임 슬롯에서 송신 노드와 릴레이 노드가 제1 확산 코드와 제2 확산 코드를 이용하여 제3 신호
Figure 112009068810174-pat00475
과 제4 신호
Figure 112009068810174-pat00476
를 송신기-릴레이 협력 공간-코드 블록 코드 방식으로 협력 전송한다. 수신 노드는 이를 수신하여 공간-코드 블록 코드 디코딩을 통하여 제3 신호와 제4 신호를 복원한다.
이때, 릴레이 노드는 협력 전송하는 제3 신호와 제4 신호를 앞서 제2 타임 슬롯 동안 송신 노드가 제1 확산 코드와 제2 확산 코드를 통하여 전송한 중첩 신호로부터 수신하였으므로, 송신 노드로부터 별도로 전송 받을 필요가 없다. 따라서 상술한 과정을 반복하여 수행함으로써, 연속적인 데이터 전송이 가능하다.
한편 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어 져서는 안 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예를 적용하기 위한 릴레이 네트워크를 보이고 있는 도면;
도 2는 본 발명의 실시 예에 적용하기 위한 중첩코딩 다중화 기법을 개념적으로 보이고 있는 도면.

Claims (30)

  1. 릴레이 네트워크에서 송신 노드의 신호 전송 방법에 있어서,
    복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 중첩 전송할 복수의 신호들을 릴레이 노드 및 수신 노드로 전송하는 중첩 전송 과정; 및
    상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 릴레이 노드와 협력 전송할 복수의 신호들을 상기 수신 노드로 전송하는 협력 전송 과정을 포함하며,
    상기 릴레이 노드와의 협력 전송이 이루어지는 타임 슬롯 구간 각각에서 현재의 협력 전송에서 상기 수신 노드로 직접 전송할 신호와 다음 협력 전송 시에 상기 릴레이 노드에서 전송할 신호를 중첩 전송에 의해 상기 릴레이 노드 및 상기 수신 노드로 전송하는 송신 노드에서의 신호 전송방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중첩 전송 과정은,
    상기 중첩 전송할 복수의 신호들 중 적어도 하나의 신호를 상기 릴레이 노드와 상기 수신 노드가 수신할 수 있도록 요구되는 최소 전력 이상의 전력에 의해 전송함을 특징으로 하는 송신 노드에서의 신호 전송방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 협력 전송 과정은,
    알라모티 방식에 따른 신호 형태에 의해 상기 협력 전송할 복수의 신호를 전송하며, 상기 협력 전송을 위한 블록 코드 방식으로 공간-시간 블록 코드 방식, 공간-주파수 블록 코드 방식, 공간-코드 블록 코드 방식 중 어느 하나를 사용함을 특징으로 하는 송신 노드에서의 신호 전송방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중첩 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파와 상기 릴레이 노드와의 협력 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파는 서로 상이함을 특징으로 하는 송신 노드에서의 신호 전송방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    최초의 협력 전송이 이루어진 이후에는 협력 전송을 위한 타임 슬롯 구간 각각에서 현재의 협력 전송에서 상기 수신 노드에게 직접 전송할 신호와 다음 협력 전송 시에 상기 릴레이 노드에서 전송할 신호를 중첩 전송에 의해 상기 릴레이 노드 및 상기 수신 노드로 전송하는 과정을 더 구비하는 송신 노드에서의 신호 전송방법.
  7. 릴레이 네트워크에서 릴레이 노드의 신호 전송 방법에 있어서,
    복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 송신 노드로부터 중첩 전송되는 복수의 신호들을 수신하는 수신 과정;
    상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 송신 노드와 협력 전송할 복수의 신호들을 상기 수신 노드로 전송하는 전송 과정;
    상기 송신 노드와의 협력 전송이 이루어지는 타임 슬롯 구간 각각에서 다음 협력 전송 시에 전송할 신호를 상기 송신 노드로부터 중첩 전송에 의해 수신하는 과정을 포함하는 릴레이 노드에서의 신호 전송방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전송 과정은,
    알라모티 방식에 따른 신호 형태에 의해 상기 협력 전송할 복수의 신호를 전송하며, 상기 협력 전송을 위한 블록 코드 방식으로 공간-시간 블록 코드 방식, 공간-주파수 블록 코드 방식, 공간-코드 블록 코드 방식 중 어느 하나를 사용함을 특징으로 하는 릴레이 노드에서의 신호 전송방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중첩 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파와 상기 송신 노드와의 협력 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파는 서로 상이함을 특징으로 하는 릴레이 노드에서의 신호 전송방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    최초의 협력 전송이 이루어진 이후에는 협력 전송을 위한 복수의 타입 슬롯 구간에서 협력 전송을 위해 이전 타임 슬롯 구간에서 상기 송신 노드로부터 미리 수신한 복수의 신호들을 상기 송신 노드와의 협력 전송에 의해 전송하는 과정을 더 구비함을 릴레이 노드에서의 신호 전송방법.
  12. 릴레이 네트워크에서 수신 노드의 신호 수신방법에 있어서,
    복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 송신 노드로부터 전송되는 중첩 신호를 수신하는 과정;
    상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 송신 노드와 상기 릴레이 노드에 의해 협력 전송된 협력 신호를 수신하는 과정; 및
    상기 중첩 신호와 상기 협력 신호를 디코딩하는 과정;
    최초의 협력 전송이 이루어진 이후에는 협력 전송을 위한 복수의 타임 슬롯 구간에서 상기 송신 노드로부터 중첩 전송되는 중첩 신호와 상기 릴레이 노드로부터 상기 송신 노드와의 협력에 의해 전송되는 협력 신호를 디코딩하는 과정을 포함하는 수신 노드에서의 신호 수신방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 협력 신호의 형태는 알라모티 방식에 따른 신호 형태를 가지며, 상기 협력 신호는 공간-시간 블록 코드 방식, 공간-주파수 블록 코드 방식, 공간-코드 블록 코드 방식 중 어느 하나의 블록 코드 방식에 의해 전송됨을 특징으로 하는 수신 노드에서의 신호 수신방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 중첩 신호의 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파와 상기 협력 신호의 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파는 서로 상이함을 특징으로 하는 수신 노드에서의 신호 수신방법.
  15. 삭제
  16. 협력 전송을 지원하는 릴레이 네트워크 시스템에 있어서,
    복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 중첩 전송할 복수의 신호들을 릴레이 노드 및 수신 노드로 전송하고, 상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 릴레이 노드와 협력 전송할 복수의 신호들을 상기 수신 노드로 전송하는 송신 노드를 포함하며,
    상기 송신 노드는, 상기 릴레이 노드와의 협력 전송이 이루어지는 타임 슬롯 구간 각각에서 현재의 협력 전송에서 상기 수신 노드로 직접 전송할 신호와 다음 협력 전송 시에 상기 릴레이 노드에서 전송할 신호를 중첩 전송에 의해 상기 릴레이 노드 및 상기 수신 노드로 전송하는 릴레이 네트워크 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 송신 노드는,
    상기 릴레이 노드와 상기 수신 노드가 수신할 수 있도록 요구되는 최소 전력 이상의 전력에 의해 상기 중첩 전송할 복수의 신호들 중 적어도 하나의 신호를 전송함을 특징으로 하는 릴레이 네트워크 시스템.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 송신 노드는,
    알라모티 방식에 따른 신호 형태에 의해 상기 협력 전송할 복수의 신호를 상기 릴레이 노드와의 협력 전송에 의해 전송하며, 상기 협력 전송을 위한 블록 코드 방식으로 공간-시간 블록 코드 방식, 공간-주파수 블록 코드 방식, 공간-코드 블록 코드 방식 중 어느 하나를 사용함을 특징으로 하는 릴레이 네트워크 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 중첩 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파와 상기 릴레이 노드와의 협력 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파는 서로 상이함을 특징으로 하는 릴레이 네트워크 시스템.
  20. 삭제
  21. 제16항에 있어서, 상기 송신 노드는,
    최초의 협력 전송이 이루어진 이후에는 협력 전송을 위한 타임 슬롯 구간 각각에서 현재의 협력 전송에서 상기 수신 노드에게 직접 전송할 신호와 다음 협력 전송 시에 상기 릴레이 노드에서 전송할 신호를 중첩 전송에 의해 상기 릴레이 노드 및 상기 수신 노드로 전송하는 릴레이 네트워크 시스템.
  22. 협력 전송을 지원하는 릴레이 네트워크 시스템에 있어서,
    복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 송신 노드로부터 중첩 전송되는 복수의 신호들을 수신하고, 상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 송신 노드와 협력 전송할 복수의 신호들을 상기 수신 노드로 전송하는 릴레이 노드를 포함하며,
    상기 릴레이 노드는, 상기 송신 노드와의 협력 전송이 이루어지는 타임 슬롯 구간 각각에서 다음 협력 전송 시에 전송할 신호를 상기 송신 노드로부터 중첩 전송에 의해 수신하는 릴레이 네트워크 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 릴레이 노드는,
    알라모티 방식에 따른 신호 형태에 의해 상기 협력 전송할 복수의 신호를 전송하며, 상기 협력 전송을 위한 블록 코드 방식으로 공간-시간 블록 코드 방식, 공간-주파수 블록 코드 방식, 공간-코드 블록 코드 방식 중 어느 하나를 사용함을 특징으로 하는 릴레이 네트워크 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 중첩 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파와 상기 송신 노드와의 협력 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파는 서로 상이함을 특징으로 하는 릴레이 네트워크 시스템.
  25. 삭제
  26. 제22항에 있어서, 상기 릴레이 노드는,
    최초의 협력 전송이 이루어진 이후에는 협력 전송을 위한 복수의 타임 슬롯 구간에서 협력 전송을 위해 이전 타임 슬롯 구간에서 상기 송신 노드로부터 미리 수신한 복수의 신호들을 상기 송신 노드와의 협력 전송에 의해 전송함을 특징으로 하는 릴레이 네트워크 시스템.
  27. 협력 전송을 지원하는 릴레이 네트워크 시스템에 있어서,
    복수의 타임 슬롯들 중 적어도 하나의 타임 슬롯에서 송신 노드로부터 전송되는 중첩 신호를 수신하고, 상기 복수의 타임 슬롯들 중 일부 또는 전부의 타임 슬롯에서 상기 송신 노드와 상기 릴레이 노드에 의해 협력 전송된 협력 신호를 수신하며, 상기 중첩 신호와 상기 협력 신호를 디코딩하는 수신 노드를 포함하며,
    상기 수신 노드는, 최초의 협력 전송이 이루어진 이후에는 협력 전송을 위한 복수의 타임 슬롯 구간에서 상기 송신 노드로부터 중첩 전송에 의해 전송되는 중첩 신호와 상기 릴레이 노드로부터 상기 송신 노드와의 협력에 의해 전송되는 협력 신호를 디코딩하는 릴레이 네트워크 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 협력 신호의 형태는 알라모티 방식에 따른 신호 형태를 가지며, 상기 협력 신호는 공간-시간 블록 코드 방식, 공간-주파수 블록 코드 방식, 공간-코드 블록 코드 방식 중 어느 하나의 블록 코드 방식에 의해 전송됨을 특징으로 하는 릴레이 네트워크 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 중첩 신호의 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파와 상기 협력 신호의 전송을 위해 사용되는 주파수 또는 부반송파는 서로 상이함을 특징으로 하는 릴레이 네트워크 시스템.
  30. 삭제
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KR101311411B1 (ko) * 2011-08-16 2013-09-25 성균관대학교산학협력단 협력 ｓｔｂｃ-ｏｆｄｍ 신호 중계 방법, 수신 방법, 릴레이 장치, 수신 장치 및 송수신 시스템

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KR20090055776A (ko) * 2007-11-29 2009-06-03 삼성전자주식회사 무선통신 시스템에서 협력다이버시티를 위한 시스템, 장치및 방법

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