KR101041921B1 - 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법 - Google Patents

다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법은 소스-목적 채널, 소스-릴레이 채널 및 릴레이-목적 채널이 모두 관련되도록 소스 전송 안테나 선택 메트릭을 설정하고, 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되도록 양의 정수 개의 안테나를 선택한다.

Description

다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법{Method for selecting source transmit antenna in MIMO cooperative communication system}
본 발명은 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에 관한 것으로, 특히 소스 노드의 신호를 릴레이 노드를 통해 목적 노드에 전송하는 다중 안테나 협력통신 시스템에서 각각의 노드들 중에서 일부의 노드를 선택하는 소스 안테나 선택 방법 및 그 방법을 기록한 기록매체에 관한 것이다.
최근 신뢰도와 스펙트럼 효과(spectral efficiency)을 개선하는 기술로서 협력통신 시스템에 대한 연구가 다수 진행되고 있다. MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술을 협력통신에 응용함으로써 시스템의 신뢰도와 스펙트럼 효과는 더 큰 개선을 가져올 수 있다. MIMO는 다중의 입출력이 가능한 안테나 시스템을 말하는데, 기지국과 휴대 단말기의 안테나를 2개 이상으로 늘려 데이터를 여러 경로로 전송하고 수신단에서 각각의 경로로 수신된 신호를 검출해 간섭을 줄이고 각각의 전송 속도를 낮출 수 있는 기술이다.
기존 무선 통신 수단(예를 들어, 무선랜이 될 수 있다.)은 안테나가 2개 달려 있음에도 불구하고 유선망과 무선망을 연결시켜주는 AP(Access Point)의 방향에 따라 하나의 안테나만 이용했지만, MIMO는 두 개의 안테나가 동시에 동작하도록 해 고속의 데이터 교환을 가능하게 한다. MIMO는 N개의 송신안테나에 동일시간에 동일 주파수를 사용하여 독립적인 신호를 전송하고, 이렇게 송신된 신호들은 무선채널상에서 공간적으로 다른 페이딩(수신되는 전파가 지나온 매질의 변화에 따라 그 수신전파의 강도가 급격하게 변동되는 현상을 말한다.)을 겪게 되어 각 안테나로 수신되는 신호간에는 비상관성을 갖게 된다. 송신안테나마다 다른 신호를 송신함으로써, 기존보다 송신안테나 수(N개)만큼 더 많은 데이터를 송신할 수 있는 것이다.
한편, 다중 안테나 소스 노드에서는 시공간부호의 사용으로 큰 다이버시티를 얻을 수 있다. 하지만 시공간 부호의 사용은 매우 고가의 RF 체인(chain)이 사용하는 다중안테나 개수만큼 필요하다. RF 체인은 크기, 전력 및 하드웨어 면에서 비용이 많이 소모된다고 잘 알려져 있다. 일반적인 점대점(point-to-point) MIMO 시스템에서는 이런 비용을 줄이기 위하여 비용과 복잡도가 보다 낮은 전송 안테나 선택 기법을 사용한다.
점대점 MIMO 시스템과 달리 협력통신 시스템은 두 개의 독립적인 경로, 즉 소스-목적 노드와 소스-릴레이-목적 노드 경로들이 있다. 소스 노드에서 성능 개선이 좀 더 큰 전송 안테나를 선택하기 위하여 우리는 소스-목적 노드와 소스-릴레이-목적 노드 경로를 동시에 고려해야 한다. 하지만 증폭 후 전달(AF, amplify-and-forward) 릴레이와는 달리 복호 후 전달(DF, decode-and-forward) 릴레이 방식은 정확한 신호 대 잡음비(SNR, signal-to-Noise)를 유도하기가 어려워서 전송 안테나 선택 기법도 찾기가 어렵게 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 협력통신 시스템의 소스 전송 안테나 선택에 있어서 정확한 성능 기준을 제시하지 못하고 있다는 불편함을 해소하고, 정확하지 않은 기준으로부터 제시된 선택 방법으로 인해 전송 성능이 저하되는 문제점을 해결하며, 전송 안테나의 선택 개수에 제약이 존재해 다중 릴레이 시스템으로의 확장이 불가능한 한계를 극복하고자 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법은 소스-목적 채널, 소스-릴레이 채널 및 릴레이-목적 채널이 모두 관련되도록 소스 전송 안테나 선택 메트릭(metric)을 설정하는 단계; 및 상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되도록 양의 정수 개의 안테나를 선택하는 단계를 포함한다.
상기된 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에서 상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭은, 소스 안테나와 목적 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널의 각 원소를 제곱하여 합산한 값의 최소값, 소스 안테나와 릴레이 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널의 각 원소를 제곱하여 합산한 값의 최소값, 릴레이 노드 안테나와 목적 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널의 각 원소를 제곱하여 합산한 값의 최소값을 이용하여 설정된 것이 바람직하다.
나아가, 상기된 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에서 상기 안테나를 선택하는 단계는 복호 후 전달(decode-and-forward) 방식의 협력통신 시스템의 쌍 오류 확률(pairwise error probability)의 상한이 최소화되도록 상기 다중 안테나 협력통신 시스템에 포함된 안테나 중에서 RF 체인(chain)의 개수만큼 안테나를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 상기된 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에서 상기 쌍 오류 확률의 상한은 음의 지수를 가지고, 상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되면 상기 음의 지수가 최대화되며, 상기 쌍 오류 확률의 상한이 최소화된다.
한편, 이하에서는 상기 기재된 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
본 발명은 소스-목적 채널, 소스-릴레이 채널 및 릴레이-목적 채널이 모두 관련되도록 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되도록 안테나를 선택함으로써 정확한 성능 기준을 제시할 수 있고, 이러한 성능 기준에 따라 선택 안테나를 통해 통신을 수행함으로써 오류 확률을 낮추고 소모 전력을 절감할 수 있으며, 안테나 선택 개수 및 방법을 확장함으로써 다중 릴레이 시스템에서도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 구현될 다중 안테나 협력통신 시스템 모델을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법의 기본 아이디어를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에 따라 소스 노드에서 하나의 안테나만을 선택한 경우의 실험 결과를 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에 따라 소스 노드에서 두 개의 안테나를 선택한 경우의 실험 결과를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 릴레이가 존재하는 협력통신 시스템에서 소스 노드에서 두 개의 안테나 중에서 하나의 안테나만 선택해서 사용하는 경우의 실험 결과를 예시한 도면이다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서 본 발명의 실시예들이 구현되는 환경 및 배경 기술들에 대해 개괄적으로 소개하고자 한다.
통상적으로 사용하고 있는 소스 전송 안테나 선택 방법에는 두 가지 독립적인 경로를 동시에 고려하지 않고 소스-목적 노드 채널만을 고려하거나, 또는 소스-릴레이 노드 채널만을 고려하는 방법들이 존재한다. 즉, 여러 개의 안테나에서 하나의 안테나만을 선택할 경우, 소스-릴레이 노드 채널이 제일 좋은 안테나를 선택하거나, 소스-목적 노드 채널이 제일 좋은 안테나를 선택하는 두 가지의 방법이 있다.
한편, 두 개의 전송 안테나를 선택할 경우에도 소스-릴레이 노드 채널이 제일 좋은 두 개의 안테나를 선택하거나, 소스-목적 노드 채널이 제일 좋은 두 개 안테나를 선택하거나, 또는 하나의 안테나는 소스-목적 노드 채널이 제일 좋은 안테나를 선택하고 다른 하나의 안테나는 소스-릴레이 노드 채널이 제일 좋은 안테나를 선택하는 세 가지 방법이 있다.
그러나, 상기된 방법들은 오류 확률을 최소화하거나 채널용량을 최대화하는 등의 기준과 같은 정확한 성능 기준에서 비롯된 것이 아니기 때문에 그 전송 성능이 좋지 않다.
나아가, 통상적인 소스 전송 안테나 선택 방법은 전송 안테나를 하나 또는 두 개를 선택하는 경우만 제시하고 있어 선택 가능한 전송 안테나의 개수에 제약이 존재하며, 그로 인해 다중 릴레이 시스템으로의 확장이 불가능하다. 따라서, 전송 안테나의 선택 개수에 상관없고 일반적인 다중 릴레이 시스템에서 널리 사용할 수 있는 소스 전송 안테나 선택 방법이 요구된다.
이하에서 제시될 본 발명의 실시예들은 복호 후 전달 협력통신 시스템의 쌍 오류 확률의 상한 값으로부터 얻은 소스-목적 노드, 소스-릴레이 노드 및 릴레이-목적 노드 채널들과 관계되며 소스와 릴레이 노드의 전송 기법과도 관계되는 소스 전송 안테나 선택 기법을 제안하고자 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들이 구현될 다중 안테나 협력통신 시스템 모델을 설명하기 위한 도면으로서, 설명의 편의를 위해 이하에서 사용되는 부호에 대해 먼저 설명하겠다.
이하의 제시될 수학식들에서 대문자는 행렬을 나타내고, ∥·∥는 행렬의 모든 원소를 제곱하여 합산하는 프로베니우스 놈(Frobenius norm)을 나타낸다. 도 1에서
Figure 112011003435113-pat00001
는 각각 소스(10), 릴레이(20), 목적 노드(30)를 나타내고,
Figure 112011003435113-pat00002
는 각각 소스, 릴레이 및 목적 노드의 안테나 개수를 나타낸다. 또한,
Figure 112011003435113-pat00003
는 소스 노드로부터
Figure 112011003435113-pat00004
개의 릴레이 노드로의 페이딩 채널 행렬(15)이고,
Figure 112011003435113-pat00005
는
Figure 112011003435113-pat00006
개의 릴레이 노드로부터 목적 노드로의 페이딩 채널 행렬(25)이며,
Figure 112011003435113-pat00007
는 소스 노드로부터 목적 노드로의 페이딩 채널 행렬(13)이다. 첫 번째 시간 슬롯에서 소스 노드는 릴레이 노드들과 목적 노드에 부호어
Figure 112011003435113-pat00008
를 전송하고, 두 번째 시간 슬롯에서 릴레이 노드들은 소스 노드로부터 수신된 신호를 복호화한 후, 서로 직교되는 채널을 이용하여 부호어
Figure 112011003435113-pat00009
를 목적노드로 전송한다고 가정한다.
복호 후 전달 협력통신시스템에서 신호벡터
Figure 112011003435113-pat00010
와
Figure 112011003435113-pat00011
의 쌍 오류 확률의 상한은 다음의 수학식 1과 같이 유도하였다.
Figure 112011003435113-pat00012
수학식 1에서
Figure 112011003435113-pat00013
는 소스 노드의 평균 전송 전력이고,
Figure 112011003435113-pat00014
은 릴레이 노드의 평균 전송 전력이고,
Figure 112011003435113-pat00015
는 부호어이고,
Figure 112011003435113-pat00016
는 소스-목적 채널이고,
Figure 112011003435113-pat00017
는 소스-릴레이 채널이며,
Figure 112011003435113-pat00018
는 소스-목적 채널을 나타낸다. 상기 수학식 1의 보다 구체적인 유도 과정과 증명은 의 "복호 후 전달 방식 기반 다중 릴레이 협동통신망의 릴레이 선택 기법(김향란, 진동섭, 노종선, 신동준, 제 20회 통신 정보 합동 학술대회 논문집, 제 20권, 2009년 4월 28일-4월 30일)"을 통해 파악할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들은 소스-목적 노드 채널뿐만 아니라 소스-릴레이 노드 채널과 릴레이-목적 노드 채널과도 관계되는 소스 안테나 선택 방법을 제안하고자 하며, 이러한 소스 안테나 선택의 기준으로서 상기된 수학식 1의 쌍 오류 확률을 낮추는 방법을 제안한다. 한편, 수학식 1의 쌍 오류 확률을 낮추기 위해서는 수학식 1이 제시하고 있는 쌍 오류 확률의 상한을 낮출 필요가 있는데, 이는 수학식 1의 특징을 통해 해결이 가능하다. 이하에서 도 1과 수학식 2을 참조하여 구체적으로 설명한다.
이제 도 1의 시스템을 고려하여 소스 노드(10)의
Figure 112011003435113-pat00019
개의 전송 안테나로부터
Figure 112011003435113-pat00020
개의 안테나를 선택한다고 가정하자. 선택된 소스 안테나 set
Figure 112011003435113-pat00021
와
Figure 112011003435113-pat00022
번째 릴레이 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널을 행렬
Figure 112011003435113-pat00023
로 표시하고, 소스 안테나 set
Figure 112011003435113-pat00024
과 목적 노드(30)의 수신 안테나들이 이루는 채널을 행렬
Figure 112011003435113-pat00025
로 표시한다. 그러면, 가능한 소스 안테나 set 들에 대해 다음의 수학식 2와 같은 소스 전송 안테나 선택 메트릭
Figure 112011003435113-pat00026
을 정의할 수 있다.
Figure 112011003435113-pat00027
수학식 2을 참고하면,
Figure 112011003435113-pat00028
개의 소스 전송 안테나 중에서
Figure 112011003435113-pat00029
개의 안테나를 선택할 경우 가능한 안테나 set의 개수는
Figure 112011003435113-pat00030
이며, 소스 전송 안테나 선택 메트릭
Figure 112011003435113-pat00031
를 최대화하는 안테나 set
Figure 112011003435113-pat00032
을 선택하면 이는 이상의 수학식 1을 통해 유도된 쌍 오류 확률의 상한을 최소화하므로 오류 확률을 감소시킬 수 있다는 사실을 알 수 있다. 즉, 결론적으로 수학식 1의 쌍 오류 확률을 상한 값을 최소화하기 위해서는 수학식 1에 포함된 음(negative)의 지수(exponent)가 최대가 되는 소스 노드의 안테나를 선택할 필요가 있다. 이 때,
Figure 112011003435113-pat00033
와
Figure 112011003435113-pat00034
는 각각 소스-목적 노드 채널과 소스-릴레이 노드 채널의 계수로서, 소스 노드에서의 안테나에 따라 쌍으로 변화한다. 이상과 같이 수학식을 통한 제안된 소스 안테나 선택 방법을 보다 단순화하여 기술하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법의 기본 아이디어를 설명하기 위한 도면으로서, 전송 안테나 선택에 대한 결론으로부터 그 효과가 어떻게 나타나는지를 앞서 수학식 들을 통해 설명한 논리의 역의 순서로 도시하고 있다.
210 단계에서 본 발명의 실시예들이 도출한 결론에 해당하는 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되도록 안테나를 선택한다.
그러면, 220 단계에서 쌍 오류 확률의 상한에 대한 음의 지수가 최대화된다. 이는 앞서 제시한 수학식 1의 음의 지수와 수학식 2를 비교하면 용이하게 파악이 가능하다.
220 단계를 통해 음의 지수가 최대화되었다면 수학식 1에 따라 230 단계에서는 쌍 오류 확률의 상한이 최소화되게 되고, 그 결과 240 단계에서는 오류 확률이 감소한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법을 도시한 흐름도로서, 다음과 같은 단계들을 포함한다.
310 단계에서 소스-목적 채널, 소스-릴레이 채널 및 릴레이-목적 채널이 모두 관련되도록 소스 전송 안테나 선택 메트릭(metric)을 설정한다. 이 때, 설정된 메트릭은 앞서 수학식 2를 통해 정의된 바 있다.
구체적으로, 310 단계를 통해 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭은, 소스 안테나와 목적 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널의 각 원소를 제곱하여 합산한 값의 최소값, 소스 안테나와 릴레이 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널의 각 원소를 제곱하여 합산한 값의 최소값, 릴레이 노드 안테나와 목적 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널의 각 원소를 제곱하여 합산한 값의 최소값을 이용하여 설정된 것이 바람직하다.
320 단계에서는 310 단계를 통해 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되도록 양의 정수 개의 안테나를 선택한다. 즉, 320 단계에서 안테나를 선택하는 것은 복호 후 전달(decode-and-forward) 방식의 협력통신 시스템의 쌍 오류 확률(pairwise error probability)의 상한이 최소화되도록 다중 안테나 협력통신 시스템에 포함된 안테나 중에서 RF 체인(chain)의 개수만큼 안테나를 선택하는 것이 바람직하다. 이 때, 쌍 오류 확률의 상한은 음의 지수를 가지고, 310 단계를 통해 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되면 음의 지수가 최대화되며, 결과적으로 쌍 오류 확률의 상한이 최소화되게 된다.
나아가, 도 3에서 제시하고 있는 본 발명의 실시예에 따른 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스 노드는 제 1 시간 슬롯에 릴레이 노드들 및 목적 노드에 부호어를 전송하고, 릴레이 노드들은 제 2 시간 슬롯에 소스 노드로부터 수신된 신호를 복호화하고, 직교 채널을 이용하여 복호화된 부호어를 목적 노드로 전송하는 것이 바람직하다.
한편, 이상의 수학식 2에서 정의하고 있는 소스 전송 안테나 선택 메트릭은 일반적인 부호어
Figure 112011003435113-pat00035
와
Figure 112011003435113-pat00036
에 해당하는 것이며, 다음과 같은 구체적인 실시예들에서는 더 간단한 형태로 표현될 수 있다.
첫째, 소스 노드에서 하나의 안테나만 선택하고 부호화하지 않을 경우를 가정하자. 이 경우, 수학식 2에서 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭은 다음의 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112011003435113-pat00037
이상과 같이 소스 노드에서 하나의 안테나만 선택하고 부호화하지 않을 경우, 본 실시예는 수학식 3과 같이 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭을 최대화하는 하나의 안테나를 선택하게 된다.
둘째, 소스 노드 및 릴레이 노드에서 각각 하나의 안테나만을 선택하고 부호화하지 않는 경우를 가정하자. 이 경우, 수학식 2에서 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭은 다음의 수학식 4와 같이 표현된다.
Figure 112011003435113-pat00038
이상과 같이 소스 노드 및 릴레이 노드에서 각각 하나의 안테나만을 선택하고 부호화하지 않는 경우, 본 실시예는 수학식 4와 같이 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭을 최대화하는 하나의 안테나를 선택하게 된다.
셋째, 소스 노드 및 상기 릴레이 노드에서 모두 직교 시공간부호를 사용하는 경우를 가정하자. 이 경우, 직교 시공간부호는 알라무티(Alamouti) 부호인 것이 바람직하며, 수학식 2에서 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭은 다음의 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure 112011003435113-pat00039
이상과 같이 소스 노드 및 상기 릴레이 노드에서 모두 직교 시공간부호를 사용하는 경우, 본 실시예는 수학식 5와 같이 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭을 최대화하는 2 개의 안테나를 선택하게 된다.
이상의 실시예들을 통해 검토한 바와 같이 본 발명의 실시예들은 복호 후 전달 협력통신 시스템에서 새로운 소스 전송 안테나 선택 방법을 제안하였으며, 이는 종래의 방법보다 낮은 오류 확률을 획득할 수 있음을 실험적으로 보여주었다. 이하에서 도 4 내지 도 6을 참조하여 실험 결과를 개괄적으로 소개한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에 따라 소스 노드에서 하나의 안테나만을 선택한 경우의 실험 결과를 예시한 도면으로서, 하나의 릴레이가 존재하는 협력통신 시스템의 소스 전송 안테나 선택 방법을 보여주고 있다. 도 4에서
Figure 112011003435113-pat00040
,
Figure 112011003435113-pat00041
,
Figure 112011003435113-pat00042
이고, 실선은
Figure 112011003435113-pat00043
, 점선은
Figure 112011003435113-pat00044
을 나타낸다.
도 4에서 알 수 있듯이, 소스 노드에서 하나의 안테나만 선택할 경우 본 발명의 실시예에 따른 소스 전송 안테나 선택 방법은 기존의 방법(제일 좋은 소스-릴레이 채널 또는 소스-목적 채널을 가지는 안테나를 선택하는 기법을 의미한다.)보다 더 좋은 성능을 가진다는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 평균 비트 오류 확률 에 있어서 목적 노드의 안테나 개수
Figure 112011003435113-pat00045
가 하나일 때의 본 발명의 실시예에 따른 소스 전송 안테나 선택 방법은 기존의 방법보다 각각 1dB와 5dB의 전력 이득이 있고, 임의(random)로 선택하는 경우보다 약 6.5dB의 이득이 있다는 것을 알 수 있다.
Figure 112011003435113-pat00046
인 경우는 기존의 방법보다 각각 0.7dB와 2.7dB의 전력 이득이 있고 임의로 선택하는 경우보다 4.6dB의 이득이 있다는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에 따라 소스 노드에서 두 개의 안테나를 선택한 경우의 실험 결과를 예시한 도면으로서, 하나의 릴레이가 존재하는 협력통신 시스템의 소스 전송 안테나 선택 기법을 보여주고 있다. 도 5에서
Figure 112011003435113-pat00047
,
Figure 112011003435113-pat00048
,
Figure 112011003435113-pat00049
,
Figure 112011003435113-pat00050
이고, 소스와 릴레이 노드는 알라무티 부호어를 사용하였다.
도 5에서도 역시 본 발명의 실시예에 따른 소스 전송 안테나 선택 방법이 보다 더 좋은 성능을 가진다는 사실을 알 수 있다. 비트 오류 확률
Figure 112011003435113-pat00051
에서 기존의 소스-릴레이 채널을 최대화하는 방법, 소스-목적 채널을 최대화하는 방법, 그리고 하나의 채널은 소스-릴레이, 다른 하나의 채널을 소스-목적 채널을 최대화하는 방법들보다 각각 0.3dB, 0.4dB와 1.2dB의 전력 이득이 있고 임의로 선택하는 방법보다 2.2dB의 전력 이득이 있다는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 릴레이가 존재하는 협력통신 시스템에서 소스 노드에서 두 개의 안테나 중에서 하나의 안테나만 선택해서 사용하는 경우의 실험 결과를 예시한 도면으로서, 두 개의 릴레이가 존재하는 협력통신 시스템에서 소스 노드에서 두 개의 안테나 중에서 하나의 안테나만 선택해 사용하는 경우의 소스 전송 안테나 선택 기법의 모의실험 결과를 보여주고 있다. 도 6에서
Figure 112011003435113-pat00052
이다. 도 6에서 본 발명의 실시예에 따른 소스 전송 안테나 기법은 임의로 선택하는 것보다 약 4dB의 전력 이득이 있음을 알 수 있다.
상기된 본 발명의 실시예들에 따르면, 소스-목적 채널, 소스-릴레이 채널 및 릴레이-목적 채널이 모두 관련되도록 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되도록 안테나를 선택함으로써 정확한 성능 기준을 제시할 수 있고, 이러한 성능 기준에 따라 선택 안테나를 통해 통신을 수행함으로써 오류 확률을 낮추고 소모 전력을 절감할 수 있으며, 안테나 선택 개수 및 방법을 확장함으로써 다중 릴레이 시스템에서도 적용이 가능하다. 즉, 본 발명의 실시예들에 따른 소스 전송 안테나 선택 방법은 소스 노드에서 안테나를 하나의 안테나 또는 두 개의 안테나뿐만 아니라 임의의 개수의 안테나를 선택하는 방법을 제시함으로써 다중 릴레이가 존재하는 시스템에서도 적용이 가능하다.
나아가, 본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현하는 것을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 소스 노드 15 : 소스-릴레이 채널
20 : 릴레이 노드 25 : 릴레이-목적 채널
30 : 목적 노드 13 : 소스-목적 채널

Claims (12)

  1. 소스 노드(source node), 릴레이 노드(relay node) 및 목적 노드(destination node)로 구성된 다중 안테나 협력통신 시스템에서 소스의 전송 안테나를 선택하는 방법에 있어서,
    소스-목적 채널, 소스-릴레이 채널 및 릴레이-목적 채널이 모두 관련되도록 소스 전송 안테나 선택 메트릭(metric)을 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되고, 복호 후 전달(decode-and-forward) 방식의 협력통신 시스템의 쌍 오류 확률(pairwise error probability)의 상한이 최소화되도록 상기 다중 안테나 협력통신 시스템에 포함된 소스 전송 안테나 중에서 RF 체인(chain)의 개수만큼 안테나를 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭은,
    소스 안테나와 목적 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널과 소스에서 보내는 부호어들의 차로 이루어지는 행렬(matrix)의 각 원소를 제곱하여 합산한 값의 최소값, 소스 안테나와 릴레이 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널과 소스에서 보내는 부호어들의 차로 이루어지는 행렬의 각 원소를 제곱하여 합산한 값의 최소값, 릴레이 노드 안테나와 목적 노드의 수신 안테나들이 이루는 채널과 릴레이에서 보내는 부호어들의 차로 이루어지는 행렬의 각 원소를 제곱하여 합산한 값의 최소값을 이용하여 설정된 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소스 전송 안테나 선택 메트릭은
    Figure 112011003435113-pat00053
    (
    Figure 112011003435113-pat00054
    는 상기 소스 노드의 평균 전송 전력이고,
    Figure 112011003435113-pat00055
    은 상기 릴레이 노드의 평균 전송 전력이고,
    Figure 112011003435113-pat00056
    는 부호어이고,
    Figure 112011003435113-pat00057
    는 소스-목적 채널이고,
    Figure 112011003435113-pat00058
    는 소스-릴레이 채널이며,
    Figure 112011003435113-pat00059
    는 소스-목적 채널)인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 쌍 오류 확률의 상한은 음의 지수를 가지고,
    상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭이 최대화되면 상기 음의 지수가 최대화되며, 상기 쌍 오류 확률의 상한이 최소화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 쌍 오류 확률의 상한은
    Figure 112011036449585-pat00060
    인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 노드는 제 1 시간 슬롯에 상기 릴레이 노드들 및 상기 목적 노드에 부호어를 전송하고,
    상기 릴레이 노드들은 제 2 시간 슬롯에 상기 소스 노드로부터 수신된 신호를 복호화하고, 직교 채널을 이용하여 복호화된 부호어를 상기 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 노드에서 하나의 안테나만을 선택하고 부호화하지 않는 경우,
    상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭은
    Figure 112011003435113-pat00061
    으로 표현되고,
    상기 안테나를 선택하는 단계는 상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭을 최대화하는 하나의 안테나를 선택함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 노드 및 상기 릴레이 노드에서 각각 하나의 안테나만을 선택하고 부호화하지 않는 경우,
    상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭은
    Figure 112011003435113-pat00062
    으로 표현되고,
    상기 안테나를 선택하는 단계는 상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭을 최대화하는 하나의 안테나를 선택함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 소스 노드 및 상기 릴레이 노드에서 모두 직교 시공간부호를 사용하는 경우,
    상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭은
    Figure 112011003435113-pat00063
    으로 표현되고,
    상기 안테나를 선택하는 단계는 상기 설정된 소스 전송 안테나 선택 메트릭을 최대화하는 2 개의 안테나를 선택함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 직교 시공간부호는 알라무티(Alamouti) 부호인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 5 항 내지 제 11 항 중에 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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