KR101044889B1 - 중계를 사용하는 무선 통신 네트워크용 방법 및 시스템 - Google Patents

중계를 사용하는 무선 통신 네트워크용 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중계를 사용하는 무선 네트워크에 관한 것이다. 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 본 발명을 따른 방법에서, 송신기(210), 수신기(220) 및 하나 이상의 중계국(215)은 통신 세션에 참가한다. 중계국(215)은 송신기(210)와 중계국(215) 간의 제 1 링크로부터 중계국(215)과 수신기(220) 간의 제 2 링크로 신호를 전송한다. 하나 이상의 중계국(215)에 의해 수행되는 전송은 적어도 제 1 링크의 추정된 무선 채널 특징에 응답하여 적응된다. 이 전송은 제 1 및 제 2 링크 둘 다의 추정된 채널 특징에 응답하여 적응되는 것이 바람직하다.
송신기, 수신기, 중계국, 무선 네트워크, 추정된 무선 채널 특징

Description

중계를 사용하는 무선 통신 네트워크용 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS USING RELAYING}
본 발명은 통신 수행 성능을 향상시키기 위하여 지원된 무선 통신 중계에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
무선/셀룰러 통신 네트워크 및 시스템의 개발에서 주요한 노력은, 많은 다른 양상들 이외에도, 커버리지를 증가시키고 더 높은 데이터 레이트를 지원하거나, 이들 둘 다를 제공하고자 하는 것이다. 동시에, 구성 비용 및 시스템 유지보수가 대단히 중요한데, 이는 장차 더욱 더 중요하게 될것으로 예상된다. 데이터 레이트 및/또는 통신 거리가 증가함에 따라서, 배터리 소모가 증가되는 문제는 또 다른 중요한 관심 사항이다.
최근까지, 무선 네트워크의 주요 토포로지는 기존의 3세대 셀룰러 네트워크를 포함하여 거의 불변하였다. 이 토포로지는 네트워크 내의 송신 및 수신 엔터티로서 고정 무선 기지국 및 이동국을 갖는 셀룰러 아키텍쳐를 특징으로 하는데, 통신은 통상 단지 이들 2개의 엔터티만을 포함한다. 네트워크에 대한 또 다른 방법은 널리 공지된 다수 홉 네트워크에 의해 전형화되는데, 통상 무선 시나리오에서, 통 신은 중계 구성에서 다수의 송신 및 수신 엔터티를 포함한다. 이와 같은 시스템은 통신 (릴레이) 엔터티 간에서 경로 손실을 크게 감소시킬 수 있는데, 이는 종종단(ETE) 사용자들에게 유용할 수 있다.
다수 홉 네트워크와 관련한 많은 특징 및 장점을 갖지만 단지 2개(또는 몇개) 홉 중계로 제한되는 또 다른 유형의 토포로지가 최근 관심을 끌고 있다. 다수 홉 네트워크와 대조적으로, 상술된 토포로지는 병렬화(parallelism)의 양상을 사용하고 또한 고급 안테나 시스템으로부터 심즈(themes)를 채용한다. 새로운 유형의 토포로지를 사용하는 이들 네트워크는 공통 분모로서 다수의 스테이션들 간에서 협동한다. 최근 연구 문헌에서, 협동적인 중계, 협동적인 다이버시티, 협동적인 코딩, 가상 안테나 어레이 등과 같은 다양한 명칭하에서 행해지고 있다. 본 출원에서, 용어 "협동적인 중계" 및 "협동적인 방식/방법"은 다수의 스테이션들 간의 협동을 사용하는 모든 시스템 및 네트워크와 이들 시스템에 사용되는 방식/방법 각각을 포함하는 것을 의미한다. 협동적인 통신 방식의 포괄적인 개요가 [1]에 제공된다. 중계된 신호의 각종 포맷이 전개된다. 신호는 디코딩, 재변조되어 전송되거나 대안적으로 간단히 증폭되어 전송될 수 있다. 전자는 디코딩 및 전송 또는 재생 중계로 공지되어 있는 반면에, 후자는 증폭 및 전송 또는 비재생 중계로 공지되어 있다. 재생 및 비재생 중계 둘 다는 예를 들어 통상적인 다수 홉핑 및 중계기 솔루션 각각으로 널리 공지되어 있다. 이 2가지 방법들의 각종 양상이 [2]에 다루어 지고 있다.
무선 통신에서 협동적인 중계의 일반적인 이점은 더 높은 데이터 레이트, ( 상이한 다이버시티 포맷으로 인한)감소된 사고상태, 증가된 배터리 수명, (예를 들어, 셀룰러를 위한)확장된 커버리지로 요약될 수 있다.
협동적인 중계를 사용하는 각종 방식 및 토포로지는 예를 들어 실제 네트워크를 위한 제안 및 몇몇 경우에 실험실 테스트 시스템으로서 정보 이론 분야 내의 이론적인 모델로서 제안되었다. 이 예들이 [1] 페이지 37-39, 41-44에서 발견된다. 각종 협동 방식은 나뉘어질 수 있는데, 이에 따라서 엔터티는 협동하고 있는 누군가에게 전송할 데이터를 갖는다. 도 1a-f(종래 기술)에서, 상이한 토포로지는 트래픽이 어디서 발생되는지, 누가 수신자 인지 무선 송신을 위한 경로인지를 개요적으로 도시한다.
도1a에 도시된 전통적인 릴레이 채널은 릴레이 사용을 통해서 수신지와 통신하길 원하는 소스를 포함한다. 이 릴레이는 잡음이 있는 채널을 통해서 소스에 의해 송신되는 신호를 수신하며, 이를 처리하고 이를 수신지로 전송한다. 수신지는 소스 및 릴레이 전송의 중첩을 관찰한다. 이 릴레이는 전송할 어떠한 정보도 갖지 않음으로, 릴레이의 목표는 소스로부터 수신지로의 총 정보 레이트를 최대화하는 것이다. 전통적인 릴레이 채널은 [1], [7] 과 수신기 다이버시티가 나중에 포함되어 있는 [3]에서 연구되어 왔다. 3개의 스테이션 형태의 전통적인 릴레이 채널은 다수의 중계국을 전혀 사용하지 않음으로 상술된 이점들을 제공하지 못한다.
더욱 가능성있는 방법, 즉 병렬 릴레이 채널이 도1b에 개요적으로 도시되어 있는데, 이 도면에서 무선 시스템은 중첩 커버리지를 갖는 중계기를 사용하는데(가령 중계기를 지원하는 셀룰러 기지국), 수신기는 다수의 중계기로부터 수신된 중첩 신호를 사용하는 이점이 있을 수 있다. 이는 중계기가 근접 위치되는 시스템에서 자동적으로 발생되는 무엇이다. 최근에, 정보 이론 연구들은 이 경우를 다룬다. 관심을 둔 특정 경우는 Schein의 [4] 및 [5]이다. Schein은 4개의 노드들, 즉 하나의 송신기, 하나의 수신기 및 단지 2개의 중간 릴레이를 갖는 협동-지향된 네트워크에 대한 정보 이론적인 연구를 수행한다. 1과 동일한 전파 손실을 지닌 리얼 밸류 채널(real-valued channel)이 조사된다. 각 릴레이는 비재생 중계, 즉 단지 증폭만을 사용한다. 리얼 밸류 전파 손실의 간단한 추정으로 인해, 이 신호는 수신기 안테나에서 코히어런트하게 부가된다. 각 송신 전력 제한 하에서, Schein은 또한, 증폭 팩터가 수신기 SNR을 최대화하도록 선택될 수 있지만, 이 증폭 팩터에 대한 명시적 표현을 도출하지 않는다. 스테이션들 중 한 스테이션은 자신의 최대 전력으로 전송되는 반면에, 다른 스테이션은 더 적은 전력으로 전송된다. Schein의 방식의 단점은, 이득 1(이로 인해 기본 및 실제 전파 가정 무시)을 지닌 리얼 밸류 채널에서 도출되는 단지 2개의 중계국만으로 제한되는 유일한 정보 이론 분석 경우에, 이 방법을 실제로 실현가능 하게 하는 수단 및 메커니즘이 부족하다는 것이다. 예를 들어, 프로토콜, 전력 제어 및 RRM 메커니즘, 복잡도 및 오버헤드 문제들이 전혀 처리되지 않는다. 단지 2개의 중계국만을 처리하는 것과 관련하여, 더 많은 수의 릴레이들을 위하여 발생되는 바와 같은 높은 안테나 이득 및 다이버시티 이점이 고려되지도 않고 사용되지도 않는다.
중계에 의한 다중-액세스 채널(a.k.a 일반적인 피드백을 지닌 다중 액세스 채널)의 개념은 최근 여러 연구자들에 의해 조사되어 왔고 도1c에 개요적으로 도시 되어 있다. 이 개념은 2명의 사용자가 협동, 즉, 각 사용자가 송신하기 송신하길 원하는 정보를 교환한 후 각 사용자가 자신의 정보뿐만 아니라 다른 사용자의 정보를 한 수신기로 전송하는 것을 포함한다. 이와 같이 행하는 이점은 협동이 다이버시티 이득을 제공하기 때문이다. 근본적으로 조사되어온 2가지 방식들, 즉 협동적인 다이버시티 및 코딩된 협동적인 다이버시티가 존재한다. 연구들이 예를 들어 [1]에 보고되어 있다. 다이버시티와 관련하여, Alamouti 다이버시티, 수신기 다이버시티, 코히어런트 결합 기반으로 한 다이버시티와 같은 각종 형태가 제안되어 왔다. 전형적으로, 연구된 방식 및 토포로지는 송신전 데이터 디코딩을 따른다. 이는 또한, 스테이션들이 협동을 위하여 근접하여 위치되어 더욱 멀리 떨어진 릴레이뿐만 아니라 대규모 그룹이 형성될 수 있는 경우 더 많은 수의 잠재적인 릴레이와의 협동을 배제한다는 것을 의미한다. 이들 방식의 또 다른 단점은, 근접하게 위치되고 동시에 송신하는 스테이션들을 거의 갖지 않는다는 것이다. 이들 단점은 조사된 토포로지가 실제 덜 중요하다는 것을 나타낸다. 도1d에 도시된 릴레이에 의한 브로드캐스트 채널은 근본적으로 도1c에 도시된 토포로지의 역임으로, 동일한 심각한 단점을 공유한다.
도1c에 도시된 토포로지의 부가적인 확장은 도1e에 도시된 중계에 의한 소위 간섭 채널인데, 여기서 2개의 수신기가 고려된다. 이는 예를 들어 [8] 및 [11]에서 연구되어 왔지만, 수신기들 간이 협동하지 않음으로 협동적인 중계에 의해 제공될 수 있는 가능성을 사용하지 못한다.
도1f에 개요적으로 도시된 또 다른 보고된 토포로지는 때때로 가상 안테나 어레이 채널이라 하고 예를 들어 [9]에 설명된다. 이 개념에서, 통신 스테이션과 인접 릴레이 노드 간의 (상당한) 대역폭 확장이 추정됨으로, 비간섭 신호는 위상 및 진폭 정보가 유지되도록 하는 직교 자원을 통해서 전송될 수 있다. 이 아키텍쳐로 인해, MIMO(다수 입력 다수 출력) 통신(뿐만 아니라 다른 공간-시간 코딩 방법)이 단일 안테나 수신기에 의해 실행된다. 이 토포로지는 마찬가지로 송신을 위하여 사용될 수 있다. 이는 릴레이뿐만 아니라 사용될 수 있는 릴레이의 가능한 전체 수를 알게 될 가능성을 제한한다. 일반적인 가정은, 중계국이 수신기(또는 송신기)에 근접한다는 것이다. 상당한 실제적인 제한은 처리를 위하여 비간섭 채널을 통해서 수신기로 중계하는데 매우 큰 대역폭 확장이 필요로 된다는 것이다.
협동적인 중계는 [10]에 설명되고 도1g에 개요적으로 도시된 바와 같이 (a.k.a. TDRF(Transmit Diversity with Rich Feedback)에서 송신 다이버시티 개념과 어느정도 피상적 유사성(superficial similarities)을 갖는다. 이 개념에 필수적인 것은, 예를 들어 셀룰러 시스템 내의 기지국에서 고정 위치된 안테나를 지닌 송신기가 각 안테나 소자로부터 수신기 안테나까지의 채널 파라메터(페이딩 효과 및 랜덤 위상 고려)를 찾고 이 정보를 사용하여 송시기에서 가중 및 위상 조정 후 (무잡음) 신호가 전송되도록 하여 수신기 안테나에서 코히어런트하게 부가하도록 함으로써, 신호 대 잡음 비를 최대화하는 것이다. 완전 공지된 채널을 갖고 고정 기지국에서 구현되는 송신 다이버시티가 상당한 수행 성능 이점들을 제공하지만, 이는 또한 한 장치에서 또는 하나의 안테나 사이트에서 구현될 수 있는 안테나 소자들의 수와 관련한 실제적인 제한이 존재한다는 것이다. 그러므로, 성취될 수 있는 수행 성능 이득 정도가 제한된다. 기지국 지향된 송신 다이버시티의 단점은 또한, 송신기와 수신기 간의 큰 물체가 높은 경로 손실을 발생시킨다는 것이다.
따라서, 협동적인 중계가 예를 들어 고용량 및 유연성을 제공하는 큰 잠재성을 갖는다는 것이 본 기술분야에서 입증되었다. 또한, 본 기술분야에서 제안된 토포로지 및 방법은 협동적인 중계에 의한 네트워크의 예측된 이점을 완전히 이용하지 못한다.
최신 기술의 방법에서, 제 1 링크, 제 2 링크 또는 이의 조합의 품질은 임의의 송신 파라미터들을 적응시에 고려되지 않는다. 이는 수행 성능이 열화되고 자원들이 비효율적으로 사용되는 결과를 초래한다.
그러므로, 상술된 종래 기술의 중요한 단점은, 전송 절차에 수반되는 링크의 또는 (제 1 및 제 2) 링크들의 조합의 품질에 응답하여 릴레이의 송신 파라미터를 적응시키지 못한다는 것이다. 이로 인해, 종래 기술은 협동적인 중계 네트워크의 예측된 장점을 완전히 이용하지 못한다.
협동적이 중계 네트워크를 위한 개선된 방법 및 시스템이 명백하게 필요로 되는데, 이는 송신 파라미터를 적응시에 필요로 되는 제 1 링크, 제 2 링크 또는 이들의 조합의 품질을 고려하는데, 이로 인해 협동적인 중계 네트워크의 예측된 장점들을 더욱 양호하게 이용하도록 하는 성능을 갖게 된다.
본 발명의 목적은 종래 기술들의 결점을 극복하는 방법, 중계국 및 시스템을제공하는 것이다. 이는 청구항 1에 규정된 바와 같은 방법, 청구항 12에 규정된 바와 같은 중계국, 및 청구항 16에 규정된 바와 같은 시스템에 의해 성취된다.
이 문제는 본 발명이 중계국에 의해 수행되는 제 1 링크로부터 제 2 링크로의 신호 전송에 적응하는 제 1 및 제 2 링크 둘 다의 추정된 무선 채널 특징을 사용할 수 있는 방법, 중계국 및 시스템을 제공함으로써 해결된다.
2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 본 발명을 따른 이 방법에서, 송신기, 수신기 및 하나 이상의 중계국이 통신 세션에 참가한다. 중계국은 송신기와 중계국 간의 제 1 링크로부터 중계국과 수신기 간의 제 2 링크로 신호를 전송한다. 하나 이상의 중계국에 의해 수행되는 전송은 적어도 제 1 링크의 추정된 무선 채널 특징에 대한 응답에 따라서 적응된다. 이 전송은 제 1 및 제 2 링크 둘 다의 추정된 무선 채널 특징에 대한 응답에 따라서 적응되는 것이 바람직하다.
본 발명을 따른 중계국은 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는데, 여기서 네트워크는 송신기, 수신기 및 하나 이상의 중계국을 포함한다. 이 중계국은 송신기와 중계국 간의 제 1 링크로부터 중계국과 수신기 간의 제 2 링크로 신호를 전송하도록 적응된다. 이 중계국에는 제 1 및 제 2 링크 둘 다의 특징을 기반으로 한 전송에 적응하는 수단이 제공된다.
본 발명에 의해, 제 2 링크 상의 전송을 통신 세션 동안 제공되는 실제 조건들로 더욱 양호하게 조정할 수 있다. 게다가, 이 전송은 이 조건들의 변화들에 더욱 양호하게 조정될 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 한 가지 장점은, 개별 무선 경로들의 더욱 정확하고 신뢰성 있는 특징이 상이한 송신 파라미터들을 결정하고 최적화하도록 사용될 수 있다는 것이다. 이로 인해, 예를 들어 협동적인 중계 네트워크의 성능이 더욱 완전히 사용될 수 있다.
또 다른 장점은 제 1 및 제 2 링크의 특징이 중계국에서 유용하게 수행된다는 것이다. 그러므로, 본 발명을 따른 방법은 네트워크에서 기능성의 분포를 용이하게 하여 송신기로부터 수신기로 데이터를 송신하는데 필요로 되는 프로토콜 오버헤드의 량을 크게 증가시킴이 없이 통신 세션에서 중계국의 수를 증가시킨다.
본 발명을 따른 방법 및 시스템의 또한 다른 부가적인 장점은, 제 1 및 제 2 링크의 개선된 특징이 더 많은 수의 중계국을 포함하는 협동적인 중계에 의해 네트워크의 예측된 장점의 완전한 이용을 용이하게 한다는 것이다. 코히어런트 결합 세팅에 사용되는 본 발명에 의해, 지향성 이득 및 다이버시티 이득은 중계국의 수가 증가함에 따라서 증가한다. 지향성 이득 자체는 범위 확장 및/또는 데이터 레이트 인헨스먼트를 위하여 사용될 수 있는 증가된 SNR을 제공한다. 지향성 이득은 통신의 로버스트니스(robustness)를 증가시켜, 전체 시간에 걸쳐서 더욱 균일한 통신 품질을 제공한다. 지향성 및 다이버시티 이득이 송신기 또는 수신기 중 어느 하나에 배치될 수 있는 각종 전통적인 고급 안테나 솔루션에 의해 제공될 수 있지만, 제안된 솔루션은 일반적으로 기지국 또는 이동 단말기에서 알 수 있는 바와 같이 물리적 공간 제약으로 제한되지 않는다. 그러므로, 기지국 또는 이동국에서 안테나의 수보다 실제로 더 많은 수의 릴레이를 사용할 수 있음으로 훨씬 큰 지향성 및 다이버시티 이득을 제공한다.
본 발명의 실시예는 종속항들에 규정된다. 본 발명의 다른 목적, 장점, 및 신규한 특징이 첨부 도면 및 청구범위와 관련하여 고려될 때 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
본 발명의 특징들 및 장점들이 전체 도면에 걸쳐서 동일한 소자에 동일한 참조 번호가 병기된 도면들과 관련하여 이하의 상세한 설명에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
도1은 협동적인 중계를 사용하는 일부 종래 기술의 토포로지를 도시한 개요도.
도2는 본 발명을 따른 협동적인 중계를 사용하는 셀룰러 시스템을 개요적으로 도시한 도면.
도3은 본 발명에 사용되는 파라미터 및 항을 설명하기 위하여 사용되는 개요적인 모델.
도4는 본 발명을 따른 방법에 대한 순서도.
도5a 및 도5b는 본 발명을 따른 협동적인 중계 네트워크를 위한 2개의 대안적인 논리 아키텍쳐를 개요적으로 도시한 도면.
도6은 본 발명을 따른 방법의 일 실시예에 대한 순서도.
도7은 다수의 안테나를 지닌 중계국을 사용하는 본 발명의 대안적인 실시예의 개요도.
도8은 송신기와 수신기 간의 직접 송신을 사용하는 본 발명의 대안적인 실시예의 개요도.
본 발명의 실시예가 도면을 참조하여 지금부터 설명될 것이다.
도2에 개요화된 네트워크는 본 발명을 유용하게 구현하는 협동적인 중계 네트워크의 예이다. 이 도면은 기지국(210)(BS), 다수의 중계국(215)(RS) 및 다수의 이동국(MS)(220-223)을 포함하는 무선 네트워크의 한 셀(205)을 도시한다. 도면에 시된 바와 같이, 중계국(215)은 기둥상에 설치되지만, 예를 들어 건물상에도 설치될 수 있다. 고정 릴레이는 가시선 조건(line of sight conditions)이 배열될 때 사용될 수 있으며, 기지국을 향하는 지향성 안테나는 SNR(신호 대 잡음비) 또는 간섭 억제를 개선시키기 위하여 사용될 수 있고, 고정 릴레이는 전기 공급 네트워크가 통상적으로 사용될 때 송신 전력을 심하게 제한하지 않을 수 있다. 그러나, 사용자 이동 단말기와 같은 이동 릴레이는 또한, 고정 릴레이에 대한 보안으로서 또는 독립적으로 사용될 수 있다. 이동국(221 및 222)은 이동 릴레이의 예인데, 즉 릴레이로서 또한 일시적으로 기능하는 이동국이다. 이동국(220)은 기지국(210)과 통신한다. 화살표들로 표시된 바와 같은 시그널링은 근본적으로, 2 홉에 의해 특징지워지는 다수의 경로를 동시에 사용하여, 즉 중계국(215) 또는 이동 릴레이(221, 222)로서 작용하는 이동국을 통해서 이루어진다. 송신은 예를 들어 인접 셀로부터의 간섭을 겪고 간섭 영향은 서로 다른 경로에 대해서 가변할 것이다.
릴레이 기반으로 한 통신이 통신을 향상시키도록 사용되지만, MS로의 직접적인 BS 통신이 여전히 사용될 수 있다. 실제로, BS와 MS 간의 어떤 기본적인 저 레이트 시그널링은 릴레이 지원된 통신 채널을 설정하는데 필요로될 수 있다. 예를 들어, 페이징과 같은 셀룰러 시스템 기능은 MS 채널로의 릴레이가 선험적으로 공지되지 않을 때 코히어런트 결합 기반으로 한 중계를 사용할 수 없고, 대신 바람직하게는, MS로의 직접적인 BS 통신이 호출 설정 및 이와 유사한 절차 동안 사용된다.
도2에 개요화된 실제 셀룰러 시스템은 도3에 도시된 시스템 모델에 의해 모델링되는데, 여기서는 단일 쌍의 송신기 및 수신기, 임의 수 (K)의 중계국에 초점을 둔다. 이 표기법은 송신기로서 기지국(210) 및 수신기로서 이동국(220)에 적합하지만 이로 국한되지 않는다. 기지국(210)과 이동국(220) 간의 통신은 2개의 주요 파트, 즉 기지국(210)으로부터 중계국(215,k)으로의 송신(링크 1이라 한다) 및 중계국(215,k)으로부터 이동국(220)으로의 송신(링크 2라 한다)을 포함하는 것으로서 설명될 것이다. 송신기, 즉 BS(210)는 전력(PBS)로 송신한다. 각각의 중계국(215,k)은 (여기서 k∈{1, 2,...,K} 및 K는 중계국의 총수) 신호를 수신하여 총전력(Pk)으로 재전송한다. 모든 중계국(215,k)의 총 송신 전력은 PBS로 표시된다. h1,k는 기지국(210)으로부터 중계국(k215,k) 까지의 복소 경로 이득이고, h2,k는 중계국(k)으로부터 이동국까지의 복소 경로 이득인데, 즉 h1,k 및 h2,k는 개개 신호 경로들을 특징화한다. 수신기, 즉 MS(220)는 Cr로 표시되는 총 신호를 수신하고 총 잡음(Nr)을 겪는다.
전형적으로, 실제 시나리오에서, 셀 내의 BS는 다수의 이동국과의 통신에 동시에 참가한다. 이는 각 통신이 도3에 따라서 모델링된 것으로서 간주함으로써 파악될 수 있다. 간결하게 위하여, 하나의 BS, 하나의 MS 및 다수의 중계국을 포함하는 단지 하나의 통신 세션이 본 출원에서 고려될 것이다. 그러나, 당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 아키텍쳐 및 방법/방식은 또한, 기지국과 이동국 간의 다수의 동시 통신 경우에 손쉽게 적용된다.
당업자에 의해 실현되는 바와 같이, 상기 모델을 따른 네트워크에서, 많은 수의 파라미터는 설정될 필요가 있고, 이와 같은 네트워크에 의해 제공되는 가능성 및 용량을 완전히 이용하도록 바람직하게 최적화된다. 이는 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 종래 기술의 시스템들은 서술되지 않은 자신들의 추정된 복잡도로 인해 다수-중계 시스템과 같은 단점을 표시한다. 고려되고 바람직하게 최적화될 필요가 있는 파라미터는 기지국(21) 및 통신에 사용되어야만 하는 각각의 중계국(215,k)의 송신 전력, 위상 제어(코히어런트 결합이 사용되는 경우), 코딩, 지연(지연 다이버시티의 경우), 안테나 파라미터(빔포밍, 공간 다중화)를 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 바람직한 최적화는 수신 이동국에서 특정 SNR을 얻기 위하여 기지국(210) 및 중계국(215,k)의 송신 전력을 최적화하는 것을 포함하지만 이에 국한되지 않는데, 이는 예를 들어 상이한 엔터티들의 전력 소모 및 셀과 인접셀에서의 간섭 레벨과 관련하여 예를 들어 어떤 서비스 품질 또는 용량에 대응한다.
무선 자원들을 효율적으로 사용하는데 필요하고 모든 최적화에 대한 기본은 제 1 및 제 2 링크에서 무선 경로를 정확하게 특징화하고 임의 송신 파라미터의 어떠한 변화가 전체 수행 성능에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 제어하는 것이다. 본 발명을 따른 방법은 중계국(215,k)이 제 1 및 제 2 링크 둘 다의 채널 특징을 사용하여 제 2 링크 상에서 전송하기 위하여 송신 파라미터를 결정하는 방법을 제공한다. 게다가, 상기 방법에 따라서, 각각의 중계국(215,k)은 제 2 링크 상의 전송을 예를 들어 수신기(220)에 의해 인지된 바와 같은 완전한 통신에 대한 품질 측정에 선택적으로 적응시키는 것이다. 전체 통신에 대한 품질 측정은 통신 송신 전력이라 할 것이다.
2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 본 발명을 따른 방법에서, 송신기(210), 수신기(220) 및 하나 이상의 중게국(215)은 통신 세션에 참가된다. 중계국(215)은 송신기(21)와 중계국(215) 간의 제 1 링크로부터 중계국(215)과 수신기(220) 간의 제 2 링크로 신호를 전송한다. 하나 이상의 중계국(215)에 의해 수행되는 전송은 적어도 제 1 링크의 추정된 링크 채널 특징에 응답하여 적응된다. 이 전송은 제 1 및 제 2 링크 둘 다의 추정된 무선 채널 특징에 응답하여 적응되는 것이 바람직하다.
본 발명을 따른 방법이 도4의 순서도와 관련하여 설명될 것이다.
400, 링크 1의 k 경로상에 파이로트 전송
410, 링크의 k 경로 특징화
420, 링크 2의 k 경로상에 파이로트 전송
430, 링크 2의 k 경로 특징화
440, 각각의 중계국(215)을 위한 상대 송신 파라미터 결정하는데, 각각의 상대적인 파라미터는 링크 1의 각 경로 또는 링크 1 및 링크 2의 조합의 특징에 기초하여 한다.
450, 각각의 중계국(215,k)은 자신의 각각의 상대 송신 파라미터를 사용하여 수신기(220)로의 링크 2 상의 전송을 적응
선택적으로, 이 방법은,
445, 전체적으로 통신 품질을 반영하는 공통 송신 파라미터 결정
447, 공통 송신 파라미터를 중계국(215)에 분포시키는 것을 포함
및 단계 450은 이후에,
450', 각각의 중계국(215,k)는 자신의 각각의 상대 송신 파라미터 및 공통 송신 파라미터를 사용하여 수신기(220)로의 제 2 링크 상의 전송을 적응시키는 것으로 대체된다.
"파이로트" 및 "전송 파라미터"는 임의 종류의 채널 추정 심볼을 전송하는 것으로서 해석되어야 한다. "헬로우 메시지"는 또한 이 목적을 위하여 사용될 수 있다.
파이로트의 송신은 상기 순서로 발생될 필요가 없고 또한 링크 1 및 2 상에서 동시적으로 될 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
단계(410 및 430)에서 무선 경로의 특징화는 사용되는 송신 기술에 바람직하게 적응되고 가능한 또한 이 특징을 사용하여야 하는 최적화 유형에 적응된다. 이 특징화는 제 1 및 제 2 링크 각 경로를 특징화하는 복소 경로 이득(h1,k 및 h2,k)을 각각 추정하는 것을 포함하지만 이에 국한되지 않는다.
2개의 링크, 즉 릴레이로의 송신기 및 수신기로의 릴레이가 존재하기 때문에, 어느 스테이션(들)이 송신하고 어느 스테이션(들)이 채널(들)을 추정하는지에 대한 4가지 가능성이 존재한다. 이 4가지 가능성이 표1에 요약되어 있다. 이 목적 은 본 발명의 여러 가지 상이한 구현방식이 취해질 수 있는 것을 예시한 것이다.
경우
 링크1
 링크2
송신기 릴레이 릴레이 수신기
1 파이로트 전송 채널 추정 채널 추정 파이로트 전송
2 파이로트 전송 채널 추정 파이로트 전송 채널 추정
3 채널 추정 파이로트 전송 채널 추정 파이로트 전송
4 채널 추정 파이로트 전송 파이로트 전송 추정 파라미터
채널 추정이 어떤 스테이션에서 수행되면, 누가 조회된 정보 처리를 수행하는지, 즉 상대 송신 파라미터를 결정하는지의 문제가 있다. 근본적으로, 3가지 선택, 송신기 BS(210), 수신기 MS(220) 또는 중계국 RS(215) 세트가 존재한다. 이는 링크 2 상에서 전송 조정을 수행하여야만 하는 중계국이기 때문에, 이는 상대 송신 파라미터를 결정하기 위한 바람직한 장소이다. 중계국이 파이로트 신호를 전송하면, 채널 특징화의 표현은 중계국으로 다시 보고될 필요가 있다. 대신 중계국이 파이로트를 수신하면, 채널 특징화의 표현은 어떤 곳에서도 보고될 필요가 없다(경우 1에 대응). 경우 1은 많은 상황들에서 바람직한 대안인데, 그 이유는 이것이 오버헤드 시그널링을 최소화하기 때문이다. 다른 한편으로, 가능한 간단하게 중계국을 유지하길 원할 수 있고 수신기 및/또는 송신기에서 또는 수신기 또는 송신기와 관련하여 엔터티에서 계산을 모든 계산을 수행하길 원할 수 있다. 표1의 경우 4가 바람직하면, 모든 추정 및 계산이 중계국과 다른 엔터티에서 수행된다. 자신들의 각 전송을 조정하기 위하여 중계국에 필요로 되는 정보는 각각의 중계국으로 전송된다. 예시된 바와 같이, 많은 가능한 조합들이 존재하고 본 발명은 특정한 한 조합으로 제한되지 않는다.
상술된 경우 1을 실행할 수 있도록 적응되는 본 발명을 따른 바람직한 시스템이 도5a와 관련하여 설명될 것이다. 각각의 중계국(215,k)은 채널 특징화에 기초하여 한 채널 특징화를 수행하기 위한 수단(216) 및 상대 송신 파라미터를 결정하기 위한 수단(217) 및 상대 송신 파라미터에 기초하여 그리고 선택적으로 공통 송신 파라미터에 기초하여 전송을 조정하는 수단(218)을 갖는다. 수신기(220)는 수집 신호(collective signal)에 대한 품질 측정을 수행하는 수단(221) 및 선택적으로 공통 송신 파라미터를 결정하는 수단(222)을 갖는다. 공통 송신 파라미터는 중계국(215,k)로의 직접 브로드캐스트에 따라서 또는 송신기(210)를 통해서 수신기(220)로부터 중계국(215,k)으로 분포된다. 중계국(215,k)은 공통 송신 파라미터를 수신하고 자신들의 송신 파라미터와 결합하여 자신의 신호 전송을 조정한다. 이는 수신기(220)와 중계국(215,k) 간의 논리적 제어 루프를 포함하는 것으로 도시될 수 있다. 전형적으로, 또 다른 논리적 제어 루프는 수신기(220) 및 송신기(210) 간에 존재하여, 출력 전력, 변조 모드 등과 같은 송신기의 송신 파라미터들을 조정한다. 그러므로, 본 발명의 바람직한 실시예는 2개의 논리적 제어 루프, 즉 공통 송신 파라미터를 중계국에 제공하는 수신기(220)와 중계국(215,k) 간의 제 1 제어 루프 및 수신기(220)로부터 송신기(210)로 송신 정보를 피드백하는 제 2 제어 루프(510)를 포함한다.
상술된 경우(3-4)를 실행하도록 적응되고 도5b와 관련하여 서술되는 대안적인 실시예에서, 채널 특징화를 수행하는 수단(216) 및 상대 송신 파라미터 및 공통 송신 파라미터 둘 다를 결정하는 수단(222)은 예를 들어 수신기(220)에 집중 위치된다. 수신기는 중계국(215) 및/또는 송신기(210)으로부터 파이로트의 처리되지 않은 결과를 수신한다. 이 수신기는 모든 상대적 송신 파라미터를 포함하는 브로드캐스트된 메시지 또는 각각의 중계국으로의 전용 메시지 중 어느 하나에 따라서 필요한 추정을 수행하여 상대 송신 파라미터 및 공통 송신 파라미터에 대한 정보를 중계국으로 전송한다. 대안적으로 송신기는 제 1 링크의 무선 경로 추정(경우 2)을 수행할 수 있음으로, 이에 따른 수단을 갖는다. 부가적인 대안은 특징화 및 송신 파라미터의 결정을 수행하는 것이다. 그러나, 수신기 및 송신기는 모든 중계국으로의 브로드캐스트된 메시지 또는 각각의 중계국으로의 전용 메시지 중 어느 하나에 따라서 중계국으로의 모든 송신 파라미터 정보와 함께 수집된 메시지 또는 메시지들을 제공하도록 통신하는 것이 바람직하다. 또 다른 대안은 특징화 및 송신 파라미터의 결정이 네트워크, 예를 들어 무선 네트워크 제어기 또는 유사한 기능성을 지닌 엔터티 내의 모든 장소에서 수행된다는 것이다.
설명된 바와 같이, 본 발명은 여러 송신 파라미터를 더욱 정확하고 신뢰성 있게 결정하여 최적화할 수 있다. 이는 중계 네트워크의 성능, 특히 협동적인 중계 네트워크의 성능을 완전히 이용할 수 있게 한다.
본 발명을 따른 방법은 네트워크의 기능성 분포를 용이하게 하여, 송신기로부터 수신기로의 데이터 전송에 필요로 되는 프로토콜 오버헤드의 량의 어떠한 증가 없이 통신 세션 내의 중계국의 수를 증가시킨다.
상기에 따른 방법을 효율적으로 구현하기 위하여, 전송 파라미터를 결정시 링크들 둘 다의 무선 경로의 특징 및 가능한 공통 품질 측정을 고려하는 절차가 바람직하다. 효율적인 절차가 아래에 개요적으로 설명되어 있는데, 포함된 표현 "분석 표현의 유도(derivation of analytic expressions)"의 완전한 유도는 상세한 설명의 말미에 제공된다. 여러 실시예를 나타내면서 이 절차가 어떻게 송신된 전력, 위상 및 중계국 작용을 제어하여 최적화되도록 적응되는지가 또한 아래에 제공된다.
각각의 중계국(k)은 다음과 같이 규정된 총 전력으로 송신된다.
Figure 112005068756090-pct00001
(1)
여기서 PRS 는 모든 중계국의 총 전력이며, αk 는 중계국을 위한 비정규화된 복소 이득 팩터이고(k∈{1,2,..K}이고 K는 중계국의 총수이다.
"분석적 표현의 유도"에서, 최대 수신기 SNR은,
Figure 112005068756090-pct00002
(2)
및
Figure 112005068756090-pct00003
(3) 이면,
(수신된 신호가 단위 전력으로 정규화되면)최대 수신기 SNR이 성취된다는 것을 보여준다.
여기서
Figure 112005068756090-pct00004
및,
Figure 112005068756090-pct00005
그리고 PBS는 기지국의 송신 전력이며,
Figure 112005068756090-pct00006
는 임의의 중계국에서 잡음 더하기 간섭 레벨이며,
Figure 112005068756090-pct00007
는 이동국에서 잡음 레벨이며, h1,k는 기지국으로부터 중계국(k)로의 복소 이득 경로이고, 최종적으로 h2,k는 중계국(k)으로부터 이동국으로의 복소 이득 경로이다.
신호(yk)를 수신하는 중계국(k)이 다음 신호를 송신한다는 것을 알 수 있다(상세한 유도 참조)
Figure 112005068756090-pct00008
(4)
ΓRS,K는 제 1 링크의 무선 경로들이라 하고 ΓMS,K는 제 2 링크의 무선 경로라 한다는 점에 유의하여야 한다. 그러므로, 2 링크의 무선 특징은 각각의 중계국 전송에서 고려된다. ΓRS,K 및 ΓMS,K가 바람직하지만 각각의 중계국에서 반드시 계산될 필요는 없다.
Figure 112005068756090-pct00009
항은
Figure 112005068756090-pct00010
라 칭하는 전력 정규 팩터로서 작용하고 각 릴레이에 의해 개별적으로 결정될 수 없다는 것이 관찰된다. 대신,
Figure 112005068756090-pct00011
는 어떤 다른 적절한 스테이션에서 결정되어 릴레이에 분포된다라고 결정되어야만 된다는 것을 암시한다. 1/
Figure 112005068756090-pct00012
는 공통 송신 파라미터에 대응하고
Figure 112005068756090-pct00013
는 중계국(k)를 위한 상대 송신 파라미터에 대응한다. 총 릴레이 송신 전력 제약하에서 최대 성취가능한 수신기(SNR)는 다음과 같이 결정될 수 있다
Figure 112005068756090-pct00014
(5)
더욱 근접한 검사에서, 각 개별적인 릴레이로부터
Figure 112011019402024-pct00015
에 대한 SNR 기여도는 각각의 중계국이 모든 릴레이 송신 전력(PRS) 자신들로 송신되면 이와 등가가 된다.
게다가, "분석 표현의 유도", 즉 재생 및 비재생 코히어런트 결합을 위한 표현이 또한 제공된다. 재생 및 비재생 코히어런트 결합을 연구할 때, 관심을 둔 관찰은 재생 방법이 일반적으로 비재생 경우보다 열악하다는 것인데, 그 이유는 필요성에 의한 재생 중계가 송신기 주위의 영역으로 제한되고 최적의 방식으로 모든 이용가능한 릴레이를 사용할 수 없기 때문이다. 다른 말로, 신호가 디코딩될 수 없을 지라도, 이는 코히어런트 결합이 사용될 때 여전히 기여할 수 있다. 어쨌든, 비재생 및 재생 방식의 조합은 단지 비재생 방법이 고려되는 경우보다 다소 더욱 양호하게 수행될 것이다. 이하에 설명되는 전력 및 위상 제어를 위한 메커니즘은 재생 중계가 또한 사용되는지 여부에 대해 독립적이고 일반적이다.
위상 제어
제 1 구현방식의 예에서, 본 발명을 따른 논리적 아키텍쳐 및 방법은 코히어런트 결합을 용이하게 사용하도록 적응된다. 코히어런트 결합을 위한 전제조건은 신호들이 수신기에서 위상 정렬되어야 한다는 것이다. 이는 송신기(210)으로부터 중계국(215)로 복소 위상뿐만 아니라 중계국(215)으로부터 수신기(220)로 복소 위상을 보상함으로써 인에이블된다. 실제적으로, 각각의 중계국에서, 수신된 신호(yk)는 위상 팩터
Figure 112011019402024-pct00016
와 승산되는데, 여기서
Figure 112011019402024-pct00017
이다.
그러므로, 명시적 또는 암시적 채널 위상 정보는 각 개별적인 중계국에서 이용가능하게 되어야 된다. 위상 정보를 도출하는 데 사용될 수 있는 근본적인 2가지 방식들이 존재하는데, 하나는 폐루프 제어 및 하나는 개루프 제어에 기초하여 한다. 폐루프 제어는 FDD에서와 같이(단일 링크를 통해서 사용됨) 채널 상반정리(reciprocity)가 사용될 수 없을 때 또는 높은 제어 정확도가 필요로될 때 사용하는데 필요로 된다. 대신, 개루프 제어 방식은 예를 들어 채널 코히어런스 시간 내에서 동작하는 채널 사운딩을 갖는 TDD(단일 링크를 통해서 사용됨)에 의해 실행되는 채널 상반정리를 사용한다. 개루프 제어는 스테이션을 위한 송신/수신 체인에서 비대칭성으로 인해 일반적으로 폐루프 제어보다 덜 정확하다.이 차이는 하드웨어 설계 노력에 의해 줄여지고, 항상 개선된 설계에 의해 보상될 수 있다. 또한, 예비 폐루프 제어 사이클 통합은 정적 개루프 에러를 보상할 수 있다. 그러나, 본 발명에서, 위상 에러는 원리적으로 최대 ±90도까지 될 수 있고, 여전히 (매우 효율적이지는 않지만) 다른 중계된 신호들과 코히어런트하게 결합된다. 그러므로, 절대 위상 정확도는 절대로 필요한 것이 아니라, 매우 바람직한 것이다. 폐루프 방식은 일반적으로 명시적 시그널링에 따라 측정 결과를 보고함으로 더 많은 통신 자원을 소모하고 개루프 방식에 비해 레이턴시(latency)를 발생시킨다. TDD 대 FDD에 대한 이 논의는 한번에 단일 링크, 예를 들어 수신기 링크로의 중계국을 통한 듀플렉싱 기술(duplexing technique)로 간주되는 반면에, 이는 시간 및 주파수 분할에 기초하여 네트워크 내의 전체 통신을 특징화할 수 있다. 예를 들어, 링크 1 및 링크 2는 주파수 대역을 공유하거나 상이한 주파수 대역을 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 관점으로부터, 채널 위상 정보가 중계국에서 위상 보상을 위하여 결정되어 사용될 수 있는 한, 듀플렉싱 및 다중 액세스 방식의 임의의 조합이 사용될 수 있다.
폐루프 및 개루프 제어와 관련하여 어느 스테이션이 파이로트를 전송하는지가 중요한 문제가 되는데, 이는 표1과 관련하여 상술되었다. 이는 위상 조정을 수행하여야 하는 중계국이기 때문에, 이는 arg{ak}를 결정하기 위한 원래 장소이다. 중계국이 파이로트 신호를 전송하면, 위상(또는 채널) 파라미터는 릴레이로 다시 보고될 필요가 있다. 이는 폐루프 경우에 대응한다. 대신, 중계국이 파이로트를 수신하면, 위상(또는 채널) 파라미터는 어떤 곳에서도 보고될 필요가 없다. 이는 개루프 경우에 대응한다. 위상(즉, 채널) 정보가 제어 패킷으로 멀리 전송될 필요가 있는지 또는 동일한 스테이션에 유지될 수 있는지에 따라서, 이는 무선 자원 효율성, 전력 소모 또는 구현방식 복잡도에 영향을 미칠 수 있다는 것이 명백하다. 어쨌든, 상술된 바로부터 알수 있는 바와 같이, 무수한 가능성이 존재함으로, 우리는 가장 가망있는 것을 선택한다. 듀플렉싱 및 다중 액세스의 바람직한 조합이 부가 설명될 것이다. 그러나, 당업자가 인지하는 바와 같이, 매우 많은 수의 가능성이 존재하고 본 발명은 이하의 전형화된 설명으로 제한되지 않는다.
"충분한" 코히어린스 시간을 갖는 TDD에 적합하고 개루프 유형인 경우 1(표1 참조)은 단지 2개의 송신들이 필요로 되고 프로세싱이 모든 중계국 상에 분포될 때에만 최저 시그널링 복잡도를 제공한다. 여기서, 송신기뿐만 아니라 의도된 수신기는 종종 충분하거나 필요로되면 언제든지 한 채널 추정 심볼을 발부하여, 각 릴레이가 두 개의 채널을 추적하도록 한다.
전력 제어
위상 제어와 별도로 자원 효율적인 통신을 위한 제 2 중요한 양상은 전력 제어인데, 그 이유는 이것이 만족할 만한 통신 품질을 보장하도록 하는 수단을 제공하기 때문이다. 본 발명을 따른 논리적 아키텍쳐 및 방법은 효율적인 전력 제어를 위하여 사용되도록 손쉽게 적응된다. 전력 제어 방법은 수신기에서 유효 SNR이 목표 SNR, 즉 소망 링크 품질을 나타내는 Γ0 에 대해서 제어된다는 것에 기초하여 한다. 목표 SNR은 물론 링크 모드 또는 QoS 요건이 시간에 따라서 어떻게 변화는지에 따라 시간에 따라서 변화할 수 있다. 본 발명을 따른 논리적 아키텍쳐 및 방법을 따르면, 전력은 송신기에서 조정되고 개별적으로 각 릴레이에서 조정될 수 있다. 이 송신 전력 제어는 공통뿐만 아니라 개별적인 릴레이 요소를 갖는다. 총 전력을 최소화하기 위해선 다중 액세스 간섭 최소화뿐만 아니라 송신 전력 최소화 문제를 처리한다. 그러나, MS가 송신기로서 작용될 때, 전력 제어는 또한 MS를 위한 방사된 전력 및 전력 소모를 크게 최소화하는 방법으로서 사용될 수 있는데, 이것이 특히 MS의 배터리 수명을 연장시킨다.
최고 레벨에서, 전력 제어 문제는 다음과 같이 규정될 수 있다.
Figure 112005068756090-pct00018
이는 고정된 PBS로 인한 PRS=ΣPk의 최소화 및 와 같은 어떤 제약하에서 바람직하게 성취되지만, 예를 들어 총 송신 전력 PRS+PBS의 최소화 또는 릴레이에 의한 간섭 발생의 국부화와 같은 다른 제약들이 또한 고려될 수 있다. 이하에서, 우리는 PBS의 고정된(또는 상대적으로 저속) 적응화로 인한 PRS=ΣPk를 추정한다. 이는 다운링크에서 합당한 설계 목표이지만, 업링크에 대해선, 송신 전력을 최소화하는 것이 더욱 중요할 수 있다. 그러나, 릴레이가 이동국이고 배터리 전력에 좌우되면, 릴레이 및 송신기의 합전력은 최소화될 수 있다.
이는 전력 제어의 기본적인 기능이다. 실제 관점으로부터, 일반적으로 협동적인 릴레이 네트워크에서 그리고 특히 코히어런트 결합에서 전력을 제어하는 전체 작업은 사용된 전력 PBS 및 Pk에 대한 사전 지식을 사용하여 소망 통신 품질에 부합하도록 이들 파라미터를 갱신한다.
전력 제어는 링크의 이득이 폐/개루프, TDD/FDD, 제어 양상들의 분포에 따라서 여러 가지 방식들로 추정될 수 있기 때문에 위상 제어에 의해 많은 특징을 공유한다. 그러므로, 또한 여기서 대안적인 구현방식들의 범위가 계획될 수 있다. 이하에서, 위상 제어 논의와 유사하게, 송신기 및 수신기는 채널 추정 신호를 발부하고 채널 이득 상반정리가 추정될 수 있지만 본 발명은 이에 국한되지 않는다라고 추정된다.
제안된 이 전력 제어는 각각의 중계국을 위한 분포된 요소, 즉 상대적인 송신 전력 및 모든 릴레이에 공통되는 요소, 즉 공통 송신 파라미터 둘 다를 갖는다. 이 방식은 다음과 같이 동작한다. 채널 추정을 통해서 그리고 파이로트를 전송하는데 상요되는 전력을 인지함으로써, 각각의 중계국은 송신기 및 수신기 각각에 대한 자신의 각 경로 이득을 결정할 수 있지만, 또한 간섭 및 잡음 레벨이 동시에 추정될 수 있다. 경로 이득 측정 및 PRS 및
Figure 112011019402024-pct00019
에 대한 정보에 기초하여, ΓRS,k를 결정할 수 있다. 또한 가능하게 경로 이득, 간섭과 함께 잡음 추정 및 PBS 인식 또는 임의의 수신된 신호에 대한 간단한 직접 SNR 측정에 기초하여, 중계국에서 SNR, 즉 ΓRS,k가 결정될 수 있다. 이에 기초하여, 상대적인 송신 전력 레벨은 완전 분포 방식으로 각각의 중계국에서 결정될 수 있다. 그러나, 각각의 상대적인 송신 전력 레벨은 정규화 팩터(φ)로 스케일되어 총 송신 전력이 총 송신 전력(PRS)과 동일하거나 적어도 근접하도록 한다. 이는 공통 전력 제어 파트이다. φ가 너무 작으면, 최적의 PRS 보다 더 많은 전격이 전송됨으로 더 많은 최적의 상대 전력 할당이 투자된 송신 전력을 위하여 존재한다. φ가 너무 클때 이는 마찬가지로 유효하다. 그러므로, 의도된 전력(PRS)이 릴레이에 의해 총 송신 전력 레벨이 되도록 총 송신 전력 레벨이 φ를 제어하도록 하는 것이 중요하다. 수신기 내부 잡음의 상대적인 영향이 감소되기 때문에, φ가 유효 SNR을 단지 개선시키는 것 보다 다소 작은 경우 수행 성능 관점에서 큰 문제가 되지 않는다는 점에 유의하라. 지금부터 도5에 도시된 논리적 아키텍쳐를 참조하면, 공통 송신 파라미터인 정규화 팩터가 바람직하게 결정될뿐만 아니라 수신기로부터 분포된다. 이는 논리적 아키텍쳐로서 알 수 있는데, 그 이유는 예를 들어 모든 제어 정보를 송신기로 전송할 수 있고 그 후 이를 중계국으로 재분포시킬 수 있기 때문이다. 수신기(220)와 중계국(215,k) 간의 제 1 제어 루프(505)는 PRS를 중계국에 제공하는 반면에, 수신기(220)로부터 송신기(210)로의 제 2 제어 루프(510)는 PBS를 송신기에 제공한다. 선택적으로, 송신기가 많은 그룹의 협동적인 TX-RS-RX 링크를 포함하는 더욱 양호한 전체 무선 시스템을 가지면, 셀룰러 시스템 내의 백본 접속된 기지국이 갖는 것과 유사하게, 전체 시스템을 최적화시키도록 하는 부가적인 양상들을 통합할 수 있다.
PBS가 고정(또는 저속 제어)되었다라고 추정하면서, 수신기에서 제어 루프를 구현하는 한 가지 방법이 지금부터 제공된다. n으로 표시된 시간에서 발생되는 송신으로부터, 수신기는 코히어런트하게 결합된 신호의 이득(Cr)의 전력, 수신기에서 측정된 릴레이에 의한 잡음(Nr) 및 수신기 내부 잡음(Ni)을 측정한다. 이와 조건화된 Γ0에 기초하여, 수신기는
Figure 112011019402024-pct00020
및 정규화 팩터(φ(n+1))의 갱신을 결정한다. 이는 다음과 같이 오브젝티브 펑션(objective function)을 통해서 매핑으로서 기록될 수 있다.
Figure 112005068756090-pct00021
(6)
그 후, 수신기는 멀티캐스트 제어 메시지를 통해서 갱신들
Figure 112005068756090-pct00022
및 φ(n+1)을 모든 릴레이에 분포시킨다. 이 개념을 설명하기 위하여, PRS가 이전 송신으로부터 고정된 채로 유지되지만 정규화 팩터가 적응되어야만 된다라고 가정하자. 이 "분석 표현 유도"에서, 최적의 정규화가 다음에 따라서 수신된 신호(Cr) 및 총 수신된 잡음, 즉 간섭 및 수신기 내부 잡음(Nr+Ni)간의 균형을 필요로 한다는 것을 보여준다.
Figure 112005068756090-pct00023
(7)
그러므로, 수신기에 의해 공지되는 이전 정규화 팩터 φ(n)및 이 식의 균형을 맞추기 위해 필요로되는 갱신φ(n+1)을 포함함으로써, 이 관계식은 다음과 같이 된다.
Figure 112005068756090-pct00024
(8)
이는 간단한 2차 식을 풀음으로서 φ(n+1)을 산출한다.
PRS 및 φ가 갱신될 필요가 있다면, 상기 균형식 (balande equation), 즉 수신기 SNR, 즉 Γ에 대한 관계식은 측정된 신호 레벨과 함께 사용되고 PRS 및 φ에 대해서 푼다. 테일러 확장 및 미분과 같은 선형화 기술은 이 목적을 위하여 바람직하게 사용될 수 있고 ΔPRS 및 Δφ에 대해서 푼다.
제 1 송신을 위하여, 정규화 팩터가 선험적으로 제공되지 않는다는 점에 유의하여야 한다. 전력을 신속하게 적응시키도록 상이한 전략들이 취해질 수 있다. 예를 들어, 상위 송신 전력 제한은 초기에 각 릴레이에 의해 결정될 수 있는데, 그 이유는 이들은 Γ0을 인식할 수 있고 또한 자신들의(코히어런트 결합) SNR 기여도를 결정할 수 있기 때문이다. 각 릴레이는 일부 팩터를 갖는 이 상한 아래에서 양호하게 머물르면, 전력은 제어 루프에 의해 연속적으로 램프업됨으로써, 진행중인 통신이 급작스럽게 간섭되지 않도록 한다. 이는 다른 통신 스테이션을 위한 제어 루프가 분포되고 제어된 방식으로 새로운 간섭원에 적응하도록 한다.
또한, 송신 전력 제한이 임의의 릴레이에서 발생될지라도, 전력 제어 루프는 SNR이 모든 조건들하에서 최대화되도록 한다는 점에 유의하라.
또 다른 더욱 가능한 정확도로, 정규화 팩터를 결정하기 위한 방법은 각 릴레이에서 ｜αk｜ 항을 결정하고 나서, 이른 수신기에 전송하는데, 여기서
Figure 112005068756090-pct00025
는 계산됨으로 정규화 팩터(φ)를 산출한다. 다음에, φ는 이전 실시예와 유사하게 모든 릴레이에 분포된다. 시그널링 량이 감소되고 모든 릴레이들의 서브셋만, 즉 가장 중요한 릴레이들 중 일부 릴레이를 샘플링함으로써 수용가능한 레벨로 유지되어
Figure 112005068756090-pct00026
의 충분히 양호한 추정값을 발생시킨다. 이는
Figure 112005068756090-pct00027
항이 본 발명에 고유한 큰 다이버시티 이득으로 인해 페이딩 채널에서 조차도 일반적으로 짧은 시간에 걸쳐서 많이 변화되지 않는다는 것을 또한 동기로 한다.
전력 제어가 코히어린터 결합의 내용에서 설명되었지만, 프레임워크는 또한 Alamouti 다이버시티와 같은 각종 릴레이에 의한 송신 다이버시티와 같은 다른 유형들의 릴레이 협동 방식에서 전력 제어하도록 적용될 수 있다. 프레임워크는 전력 제어가 송신 전력, 개별적인 송신 전력 및 총 송신 전력의 조합을 고려한다는 점에서 유사하다. 릴레이에 의한 송신 다이버시티(사이클릭/선형)의 또 다른 예는 지연 다이버시티이다. 각 릴레이는 랜덤 또는 지연된 선형(또는 사이클릭) 지연을 중계된 신호들에 부가함으로, 의사 주파수 선택도를 초래한다. 지연 다이버시티는 CDMA 및 OFDM 기반으로 한 통신으로부터 널리 공지된 송신 다이버시티이다.
이 섹션을 요약하기 위하여, 본 발명은 실제 채널에서 협동적인 중계를 기반으로 한 코히어런트 결합을 위한 수행 성능 최적화를 보장하도록 하고 특히 총 릴레이 송신 전력 제약들 하에서 신호 대 잡음 비를 최적화하도록 하는 개념으로서 전력 제어를 사용하는 것을 제안한다. 이 전력 제어 개념은 사용되는 방식에 가장 적합한 최적화 목적들을 갖지만, 코히어런트 결합 기반으로 한 협동적인 중계 네트워크로 제한되는 것이 아니라, 또한 다른 협동적인 중계 지향된 네트워크가 동일한 개념을 사용할 수 있다. 게다가, 두 개의 링크 및 링크 2에 대한 채널 사운딩 및 이득 파라미터의 추정을 기반으로 한 프로토콜을 위한 기본적인 특징이 제안된다. 프로토콜 설계(위상 제어와 공통성을 가짐)를 위한 합리적인 설계 선택은 또한 저 복잡성, 낮은 시그널링 오버헤드 및 낮은 총 전력 소모에 기초하여 개요화 된다. 특히, 릴레이 및 송신기 전력 제어를 포함하는 전력 제어 루프의 조합이 사용될 수 있다는 것을 보여준다. 최종적으로, 릴레이를 위한 제어 루프는 공통 전력 제어 파트뿐만 아니라 각 릴레이에서 분포된 전력 제어 판정에 기초하여 구축될 수 있다는 것이 입증되었는데, 여기서 전체 릴레이 세트는 모두 제어된다.
효율적인 전력 제어 및 위상 제어를 위한 본 발명의 방법 및 아키텍쳐를 사용하는 실시예의 주요 단계가 도6의 순서도로 도시된다. 이 방법은 다음 단계를 포함한다,
600, 링크 1의 k 경로상에, 즉 송신기(210')로부터 중계국(215,k)으로 파이로트 전송
610, 각각의 중계국(215,k)은 링크 1의 k채널(h1,k)을 추정, 또한 간섭 및 잡음 레벨은 ΓRS,k를 계산하기 위하여 추정.
620, 링크 2의 k 경로상에, 즉 송신기(210')로부터 중계국(215,k)으로 파이로트 전송
630, 각각의 중계국(215,k)은 2의 k채널(h2,k)에서 자신의 각 채널을 추정
640, 각각의 중계국(215,k)은 채널 추정에 기초하여 상대 송신 파라미터 결정
650, 수신기(220')는 정규화 팩터(φ)를 결정
660, 수신기(220')는 정규화 팩터 φ, PRS, 및
Figure 112011019402024-pct00028
을 중계국(215,k)으로 브로드캐스트
670, 각각의 중계국(215,k)은 브로드캐스트된 φ, PRS, 및 국부적으로 결정된 ΓMS,k 및 ΓRS,k 및 채널(h1,k 및 h2,k)의 위상을 사용하여 신호(yk)의 수신시 다음 신호를 전송하도록 한다.
Figure 112005068756090-pct00029
여기서 파라미터 ΓRS,k 는 채널 추정 PBS 및
Figure 112011019402024-pct00030
에 기초하여 계산되고 ΓMS,k 는 PRS 및
Figure 112011019402024-pct00031
에 기초하여 계산된다.
수신기로의 제 1 송신이 고려되면, (전력 루프는 장차의 링크 품질을 인지 못한다), 예를 들어 릴레이는 수정될 수 있고 수신된 정규화 팩터 φ를 상위 제한하여,
Figure 112011019402024-pct00032
가 되도록 하는데, 여기서 c≤1은 수신기로부터 전송되거나 선험적으로 공지된다.
675, 수신기(220')는 제어 정보를 송신기(210')(PBS)로 피드백한다.
단계(660)에서 표시된 제 1 제어 루프는 다음 단계를 더 포함할 수 있다.
660,1 수신기가 시간 n에서 수신된 신호 품질을 측정하거나, 더욱 구체적으로, 코히어런트하게 결합된 신호(Cr)의 전력, 수신기(Nr)에서 측정된 릴레이에 의한 잡음 및 수신기의 내부 잡음(Nr)을 측정한다.
660,2 수신기는 단계(675,1)의 측정에 기초하여 그리고 소망의 Γ0 목표를 조건으로 하여 정규화 팩터 φ(n+1) 및 총 송신 전력
Figure 112011019402024-pct00033
중 하나 이상의 갱신을 결정한다.
660,3 수신기는 갱신들
Figure 112011019402024-pct00034
및 φ(n+1)을 멀티캐스트 제어 메시지를 통해서 모든 릴레이에 분포시킨다.
유사하게, 단계(675)에서 표시된 제 2 제어 루프는 선택적으로 다음을 포함할 수 있다.
675,1 수신기는 송신(BS) 전력
Figure 112011019402024-pct00035
을 갱신한다.
대안적으로, 추정 및 계산이 중계국에 의해 행해지지 않으면, 파이로트의 처리되지 않은 결과는 예를 들어 수신기에서 집중화된 기능으로 전송되고 관련 송신 파라미터는 각각의 중계국으로 송신된다.
중계국 작용 제어
본 발명의 방법 및 아키텍쳐는 통신 설정시에 또는 통신 세션 동안 어느 중계국(215,k)이 통신에 포함되는지를 결정하기 위하여 유용하게 사용될 수 있다. 일부 릴레이들이 어느 한 링크(송신기-릴레이 및 수신기-릴레이) 또는 이들 둘 다 상에서 열악한 SNR 조건을 겪기 때문에, 이들은 전체 SNR 개선에 거의 기여하지 않는다. 그러나, 이들 릴레이는 수신기, 송신기 및 신호 처리 기능으로 인해 여전히 상당한 전력을 소모할 것이다. 이는 또한 더 적은 릴레이에 릴레이 간섭 발생을 국부화시키도록 하는 일부 제어 수단을 갖는 것에 관심을 둘 수 있다. 그러므로, 일부 중계국을 사용하는 것은 낭비되는 것으로 간주될 수 있다. 결국, 하나의 바람직한 기능은 소정 기준에 기초하여 릴레이를 작동시키는 것이다. 이와 같은 기준은 어느 한 링크, 두 링크에 대한 수용가능한 SNR의 미리설정된 낮은 임계값 또는 유효 SNR에 대한 기여도 일 수 있다. 이 제한은 또한 어떤 엔터티, 바람직하게는 순간적인 유효 SNR에 대한 정보를 가질 때 수신국에 의해 적응될 수 있고 제어될 수 있다. 그러므로, 릴레이는 예를 들어 전력 제어 정보 및 채널 추정 심볼과 함께 예측된 SNR 기여도가 비교되는 릴레이 작용 SNR 임계값(ΓActive)을 수신기로부터 수신할 수 있고, 이 임계값을 초과하면, 송신이 허용되거나 그렇치 않다면 허용되지 않는다. 릴레이 작용 SNR 임계값(ΓActive)은 바람직하게는 수신기(220')에 의해 결정되고 중계국(215)으로 분포되는 공통 송신 파라미터에 대응한다. 각각의 중계국이 로컬 파라미터(상대 송신 파라미터에 대응)를 사용하는 실제 판정 공정은 본 발명의 방법 및 아키텍쳐에 의해 제공되는 방식으로 중계국으로 분포된다. 송신 전 각 릴레이에서 바람직하게 수행되는 이 테스트는 예를 들어 다음에 따라서 공식화될 수 있다.
Figure 112005068756090-pct00036
(9)
그러나, 대안적인 릴레이 다이버시티 기술을 포함하는 릴레이 방법에 따른 다른 조건이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 릴레이 작용 조건은
Figure 112005068756090-pct00037
을 따른 오브젝티브 펑션(f2)에 따라서 더욱 일반적으로 특징지워 진다.
게다가, ΓActive를 포함하는 브로드캐스트된 메시지는 더욱 통합되거나 단지 사용되도록 허용되거나 배제되어야만 하거나 또는 이들의 임의의 조합인 특정 릴레이(할당된 릴레이 어드레스를 통해서) 핀포인트하도록 사용될 수 있는 필드를 더 포함할 수 있다. 어떤 릴레이들을 처리하기 위한 한 가지 방법은 예를 들어 어드레스 범위들에 기초하여 할 수 있다. 이는 하나를 원하는 대로 포함된 릴레이 수들로 제한하도록 한다.
상기 설명 및 표현(9)으로부터, 수신기(220')는 예를 들어 MS의 이동으로 인해 약한 SNR을 겪을 때 증가된 송신 전력을 순서화하도록 및/또는 임계값(ΓActive)을 낮춤으로써 더 많은 중계국(215)을 포함하도록 선택될 수 있다. 패킷 또는 비트 에러율과 같은 다른 통신 품질 조건은 또한 모든 송신 전력의 조인트 송신 전력 스케일링과 같은 공통 파라미터의 변화를 트리거하도록 수신기에 의해 사용될 수 있다.
릴레이 작용 제어는 단계 650-670을 수정함으로써 도6과 관련하여 서술된 전력 및 위상 제어 알고리즘에 통합되어, 단계 650에서 수신기(220')가 또한 작용 SNR 임계값(ΓActive)을 결정화하도록 하며, 단계 660에서 수신기(220')가 또한 ΓActive을 중계국(215,k)로 브로드캐스트하도록 하며, 단계(670)에서, 각각의 중계국(215,k)이 우선 예를 들어 표현식(9)을 따른 작용 SNR 임계값(ΓActive)을 사용하여 브로드캐스트하는지를 결정하도록 한다.
본 발명을 따른 방법 및 아키텍쳐는 상기 전형화된 토포로지와 다른 토포로지에 적응될 수 있다. 도5에서 토포로지는 예를 들어 도7에 도시된 바와 같은 각각의 중계국에서 다수의 안테나를 포함하도록 수정될 수 있다. 이를 행하는 이점은, 여전히 유사한 총 안테나 지향성 이득을 획득하면서 중계국의 수가 감소될 수 있다는 것이다. 각 안테나 소자가 코히어런스 거리 이상으로 분리되면, 다이버시티 이득이 또한 제공된다. 전체적으로, 이는 근사 동일 수행 성능을 제공하면서 비용을 감소시킬 수 있다. 그러나, 릴레이 수 감소는 새도우잉(즉, 로그 정규 페이딩)으로 인해 나쁜 영향을 미치고 주의깊게 적용되어야만 된다. 신호 처리 및 프로토콜 관점으로부터, 각 안테나는 분리된 중계국으로서 처리될 수 있다. 그러나, 이 방법의 또 다른 이점은 내부 및 다른 자원들이 공유될 수 있다는 것이다. 게다가, 중계는 안테나들 간에서 잠재적으로 내부 조정됨으로써, 의도되지 않은 수신기들에 대한 간섭 발생을 완화시킨다.
통신 품질은 또한 송신기(210)로부터 수신기(220)로의 다이렉트 신호를 통합함으로써 더욱 개선될 수 있다. 송신기로부터의 신호를 통합하기 위한 적어도 2개의 인지가능한 주요 방법들이 존재한다. 도8은 송신기로부터의 직접 송신이 또한 고려될 때의 토포로지를 도시한 것이다.
제 1 방법에서, 2개의 통신 단계들이 필요로 된다. 수신기는 제 1 단계에서 송신기로부터 직접 수신되는 신호를 제 2 단계로부터의 릴레이 송신과 결합된다. 이는 다소 통상적인 릴레이 채널에서 수신기 기반으로 한 결합과 유사하지만, 코히어런트 결합 기반으로 한 중계를 갖는다. 최대 비 또는 간섭 거부 결합이 사용될 수 있다.
제 2 방법에서, 송신-릴레이 지향된 코히어런트 결합, 즉 단지 하나의 통신 단계가 사용되고 송신기로부터 수신기로의 다이렉트 신호를 중계 신호와의 코히어런트 결합을 위하여 사용된다. 이는 릴레이가 예를 들어 분리된 안테나를 통해서 동시에 송신 및 수신할 수 있다면 가능할 수 있다. 그 후, αk의 위상은 다음과 같이 다이렉트 신호와 중계된 신호를 정렬시켜야만 한다.
Figure 112005068756090-pct00038
여기서 hBS,MS는 기지국으로부터 이동국으로의 복소 채널이다. 코히어런트 결합을 위하여 다이렉트 신호를 통합하는 결과는, 릴레이가 다이렉트 신호에 대한 자신들의 위상을 적응적으로 조정하여야만 한다는 것이다. 폐루프는 이를 위하여 사용될 수 있다.
정규화 팩터 전력 제어와 유사하게, 수신기는 위상 제어 메시지를 중계국의 전체 그룹에 발부하지만, 계산된 위상 보상
Figure 112005068756090-pct00039
으로부터 감산하기 위한 델타 위상(θ)을 갖는다.
기지국이 자신의 송신을 통해서 어떠한 잡음도 초래하지 않기 때문에, 이 송신 전력은 릴레이를 위하여 필요로 되는 바와 같은 최적의 수행 성능을 위하여 조정될 필요는 없다. 대신, 수행 성능은 기지국 송신 전력 증가에 따라서 단조적으로 증가한다. 그러나, 한 가지 옵션은 전체 송신 전력, 총 송신 전력 및 기지국 전력을 최소화하고자 한다. 이를 위하여 설정한 파라미터는, 기지국이 릴레이로서 간주되면, 재생 중계에 대한 논의시 도출되는 것과 유사하다. 상기 이외에도, 송신기에서 다수의 안테나 소자는 또한, 다수의 안테나를 지닌 릴레이에 대한 논의와 유사하게 사용될 수 있다.
상대적이고 공통 송신 파라미터의 유도는 또한 각 서브캐리어를 독립적으로 취급함으로써 OFDM과 같은 다수 캐리어 송신에 직접 적용될 수 있다. 그 후, 이는 서브캐리어 당 공통 진폭 정규화, 위상 및 분포된 릴레이 진폭 보상을 포함할 것이다. 이를 행하기 위하여, FFT-프로세싱-IFFT을 통한 경로가 취해지거나 시간 도메인 필터링을 통해서 가능할 수 있다. 전력 제어는 벡터 형태로 중계 전력 표시(PRS) 및 정규화 팩터(φ)를 전송하여, 서브캐리어 당 수행 성능을 최적화한다. 더욱 실제적인 솔루션은 모든 서브캐리어들에 대해 작용하는 스케일러들로서 φ 및 PRS를 전송하는 것이다. 서브캐리어 최적화의 경우에, 전력 제어는 모든 서브캐리어에 대한 총 송신 전력을 최소화하여 소망의 통신 품질에 부합시킨다. 그 후, 이는 주파수 도메인에서 어떤 다이버시티 이득을 제공한다.
또 다른 OFDM 양상은, 상술된 송신-릴레이 지향된 코히어런트 결합을 위하여 선택되는 것이 바람직하다는 것이다. 그 이유는, 사이클릭 프리픽스가 어떤 짧은 릴레이 트랜스퍼 레이턴시를 고려하는 것인데, 여기서 위상 및 진폭은 즉각 송신시키는 시간 도메인 필터를 통해서 수정된다.
CDMA와 같은 단일 캐리어 송신을 위하여 그리고 주파수 선택 채널로 인해, OFDM과 유사한 주파수 도메인 동작이 사용될 수 있거나, 선택적으로 위상 정렬은 가장 강한 신호 경로에 대해서 수행되거나 OFDM을 위하여 논의된 바와 같은 시간 도메인 필터에 의해 수행될 수 있다.
코히어런트 결합 작업을 위해선, 중계국 주파수를 공통 소스에 동기화시키는 것이 중요하다. 셀룰러 시스템에서, BS는 자연 소스(natural source)인데, 그 이유는 클럭 정확도가 일반적으로 임의의 이동국에서보다 기지국에서 더욱 양호하게 되기 때문이다. 이 기능은 채널간 간섭을 완화시키는 전통적인 OFDM 수신기 구현방식으로 수행되는 바와 같은 정규 주파수 오프셋 보상을 사용할 수 있다.
그러나, 릴레이는 이용가능한 경우 주파수 동기화를 위하여 GPS를 선택적으로 사용할 수 있다. 본 발명이 주로 코히어런트 결합이 내용에서 서술되었지만, 본발명은 이에 국한되지 않는다. 본 발명은 2-홉(협동적인) 중계를 위한 각종 유형의 기존 및 장차의 방법에 적용될 수 있다. 가장 일반적인 경우에, 릴레이의 송신 파라미터는 제 1 링크의 통신 특징, 제 2 링크의 통신 특징 또는 이들의 조합의 기능이다. 통신 품질은 복소 채널 이득(코히어런트 결합에 적합)으로부터 설명되지만, 다른 방식이 고려될 때(다이버시티 및/또는 공간 멀티플렉스 이득을 제공), 다른 링크 특징 메트릭스는 더욱 관련성이 있을 수 있다. 예로서, Alamouti 다이버시티에 대해서, 복소 채널 이득(h) 대신에 평균 경로 이득 메트릭(G)을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명이 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 고려되는 것과 관련하여 서술되었지만, 본 발명은 서술된 실시예에 국한되는 것이 아니라 대조적으로 본 발명의 원리 및 범위 내에 포함되는 각종 수정들 및 등가의 배열들을 커버하도록 한다.
상세한 유도
분석시에, 우리는 K 중계국이 임의적으로 위치된다라고 추정한다. 각각의 중계국 k∈{1, 2, ..., K}는 소망
Figure 112011019402024-pct00040
에 따라서 잡음 더하기 간섭 항(nRS,k) 뿐만 아니라 복소 가우스(x~N(0, 1))으로서 모델링되는 신호의 감쇠된 버전으로 이루어진 신호를 수신한다.
여기서 h1,k는 기지국으로부터 중계국(k)으로의 복소 경로 이득이고 PBS는 기지국의 송신 전력이다.
릴레이에서, yk는 (분석 취급성을 위하여) 단위 전력으로 정규화되고 출력(zk)을 발생시키는 복소 팩터와 승산된다. 다음에, zk는 링크 2를 통해서 수신기를 향하여 전송되고 도중에 복소 이득 경로(h2,k)로 감쇠되는데, 여기서 이는 다른 릴레이로부터 신호들과 중첩되고 잡음 및 간섭이 부가된다.
각 릴레이가 수신된 전력 더하기 잡음을 증폭 및 위상 조정보다 앞서 단위 전력으로 정규화한다라고 추정하기 때문에, 릴레이 송신 전력 제약은 각 스테이션(k)이 송신 전력을 사용하도록 함으로써 분석시 통합될 수 있다.
Figure 112005068756090-pct00041
여기서 PRS는 모든 중계국의 총 송신 전력이고 αk는 중계국(k)을 위한 비정규화된 복소 이득 팩터이다.
총 전력 제한된 릴레이 송신을 위하여, 수신기에서 SNR(여기선 이동국(MS)이추정된다)이 기록될 수 있다.
Figure 112005068756090-pct00042
여기서
Figure 112005068756090-pct00043
는 이동국에서 잡음 더하기 간섭 레벨이다.
코히어런트 결합을 위한 조건은 신호들의 위상 정렬인데, 이는
Figure 112005068756090-pct00044
과 되도록 함으로써 성취될 수 있다.
여기서 c1은 임의의 상수이다.
그 후, 코히어런트 결합으로부터 발생되는 유효 SNR에 대한 표현식은 다음과 같이 기록될 수 있다
Figure 112005068756090-pct00045
여기서,
Figure 112005068756090-pct00046
및
Figure 112005068756090-pct00047
ΓMS,k는 중계국 k가 단독으로 모든 총 중계국 송신 전력을 사용하면 SNR이 된다는 점에서 "가상 SNR"이라는 점에 유의하라.
SNR 표현식은 다음과 같은 형태를 갖는다는 점에 유의하라.
Figure 112005068756090-pct00048
이는
Figure 112005068756090-pct00049
를 사용함으로써 변환될 수 있다.
이는
Figure 112005068756090-pct00050
를 산출한다.
지금부터, 분자는 Cauchy-Schwaz의 부등식에 의해 상한을 갖는다
Figure 112005068756090-pct00051
그러므로, 최적의 bk에 대한, 등식이 성취되고 이 결과의 SNRDMS 다음과 같이 된다.
Figure 112005068756090-pct00052
이는 다음과 같이 SNR로 간단히 표현될 수 있다.
Figure 112005068756090-pct00053
식별을 통해서, 이는 최대 SNR이
Figure 112005068756090-pct00054
이면 성취될 수 있다는 것을 보여준다.
여기서, Const는 간편성을 위하여 1로 설정될 수 있는 임의의 상수이다.
전력 제어 관점으로부터, 분자가 최적의 SNR을 위하여 정확히 분모의 자승이라는 점에 주목한다. 그러므로, 이 지식은 전력 제어 목적으로서 사용될 수 있다.
이 역 변환을 사용하면, 다음이 산출된다.
Figure 112005068756090-pct00055
또는 SNR로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112005068756090-pct00056
그러므로, 신호(yk)를 수신하는 릴레이는 다음을 결정함으로써 zk를 결정할 수 있다.
Figure 112005068756090-pct00057
재생 중계 애드-온
중계국에서 SNR이 충분히 높으면, 수신된 신호는 신호를 중계하기 앞서 디코딩될 수 있다. 이 작용을 모델링하기 위하여, 최소 SNR 보다 큰, 즉 ΓDecode 가 디코딩하는데 충분하다라고 하자. 이를 행하는 이점은 나쁜 영향을 미치는 잡음(및 간섭)이 모두 함께 피해질 수 있음으로, 수신기에서 더욱 향상된 SNR을 발생시킨다는 것이다. 그러나, 이 경우에, 디코딩된 신호는 제 2 홉, 즉
Figure 112011019402024-pct00058
을 위해서만 보상되는 위상이 되어야만 된다.
이전 표현식들에서 이들 스테이션들에 대해
Figure 112005068756090-pct00059
를 설정함으로써, SNR 개선에 대한 기여도뿐만 아니라 승산 팩터 ｜αk｜의 크기를 도출할 수 있다. 무잡음(재생) 및 잡음(비재생) 송신의 조합은 다음 형태를 취할 수 있다.
Figure 112005068756090-pct00060
및
Figure 112005068756090-pct00061
및,
Figure 112005068756090-pct00062
ΓRS,k< ΓDecode 가 혼합된 재생 및 비재생 중계 시나리오에서의 수행 성능을 평가하는데 유용한 모델이라는 점에 유의하라. 실제로, ΓRS,k< ΓDecode 에 대응하는 상위 표현식들은 신호가 비재생 방식으로 전송되지 않을 때 사용되고, ΓRS,k> ΓDecode 에 대응하는 하위 표현식들은 신호가 재생 방식으로 전송되지 않을 때 사용된다.
참고문헌
Figure 112005068756090-pct00063

Claims (25)

  1. 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법으로서, 송신기(210), 수신기(220) 및 하나 이상의 중계국(215)이 통신 세션에 참가하며, 상기 중계국(215)은 상기 송신기(210)와 상기 중계국(215) 간의 제 1 링크로부터 상기 중계국(215)과 상기 수신기 (220) 간의 제 2 링크로 신호를 송신하는, 상기 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법에 있어서,
    상기 하나 이상의 중계국(215)에 의해 수행되는 송신은 상기 제 1 링크 및 상기 제 2 링크 둘 다의 추정된 무선 채널 특징에 응답하여 적응되는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통신 세션은 다수의 중계국(215)을 포함하고, 이들 각각의 송신은 각각의 중계국에 대하여 특정되는 상대 송신 파라미터와 모든 중계국에 공통되는 공통 송신 파라미터에 기초하여 적응되는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은,
    - 파이로트의 사용에 의해 상기 제 1 및 제 2 링크의 무선 경로를 특징화하는 단계(410, 430),
    - 상기 제 1 및 제 2 링크의 각각의 중계국의 채널 추정에 기초하여 하나 이상의 상대 송신 파라미터를 결정하는 단계(440),
    - 하나 이상의 공통 송신 파라미터를 결정하는 단계(445),
    - 모든 중계국으로 적어도 상기 공통 송신 파라미터를 분포시키는 단계,
    - 상기 제 1 링크로부터 상기 제 2 링크 상에 신호를 송신하는 단계(450, 450')로서, 상기 송신된 신호는 각각의 중계국에 상대 송신 파라미터 및 상기 공통 송신 파라미터에 기초하여 적응되는, 상기 송신 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신된 신호의 적응화는 위상 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신된 신호의 적응화는 송신 전력의 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신된 신호의 적응화는 송신 전력 및 위상의 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 송신된 신호의 적응화는 다이버시티에 관계하는 파라미터의 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 송신된 신호의 적응화는 지연 다이버시티에 관계하는 파라미터의 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 송신된 신호의 적응화는 공간 시간 코딩된 다이버시티와 관계하는 파라미터의 조정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  10. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 방법은 링크 2 상에 차후의 송신에 적응하도록 중계국의 각각의 상대 송신 파라미터 및 상기 공통 송신 파라미터를 사용하는 단계를 포함하고, 상기 사용 단계는, 신호(yk)의 수신시, 다음의 신호를 송신하는 단계(670)를 포함하는데,
    Figure 112011019402024-pct00076
    여기서, k는 중계국이고, δRS,k는 중계기에서의 노이즈 및 간섭이며, 파라미터 ΓMS,k 및 ΓRS,k 는 채널 추정 h1,k 및 h2,k에 기초하여 국부적으로 결정된 상대 송신 파라미터이며, PRS는 모든 중계국으로부터의 총 송신 전력이며, 정규화 팩터 φ는 수신기(220')에 의해 겪는 총 통신 품질에 기초하는 공통 파라미터인 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신을 수행하는 방법.
  11. 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 중계국(215)으로서, 상기 네트워크는 송신기(210), 수신기(220), 및 하나 이상의 중계국(215)을 포함하고, 상기 중계국(215)은 상기 송신기(210)와 상기 중계국(215) 간의 제 1 링크로부터, 상기 중계국(215)과 상기 수신기(220) 간의 제 2 링크로 신호를 송신하도록 적응되는, 상기 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 중계국에 있어서,
    상기 중계국(215)에는 상기 제 1 링크 및 제 2 링크 둘 다의 무선 채널 특징에 기초하여 송신을 적응시키는 수단(218)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 중계국.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 중계국(215)에는 채널 특징화를 수행하는 수단(216)과, 상기 채널 특징화에 기초하여 상대 송신 파라미터를 결정하는 수단(217)이 더 제공되고, 상기 송신은 하나 이상의 상기 상대 송신 파라미터에 기초하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 중계국.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 중계국(215)에는 공통 송신 파라미터를 수신하는 수단이 더 제공되고, 상기 송신은 하나 이상의 상기 상대 송신 파라미터 및 상기 공통 송신 파라미터에 기초하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 중계국.
  14. 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신하도록 적응되는 시스템으로서, 상기 네트워크는 송신기(210), 수신기(220), 및 하나 이상의 중계국(215)을 포함하고, 상기 중계국(215)은 상기 송신기(210)와 상기 중계국(215) 간의 제 1 링크로부터 상기 중계국(215)과 상기 수신기(220) 간의 제 2 링크로 신호를 송신하는, 상기 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신하도록 적응되는 시스템에 있어서,
    상기 중계국(215)은 상기 제 2 링크 상에 송신을 위하여 상기 제 1 링크 및 제 2 링크의 무선 채널 특징을 사용하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신하도록 적응되는 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 중계국(215)에는 채널 특징화를 수행하는 수단(216)과 채널 특징화에 기초하여 상대 송신 파라미터를 결정하는 수단(217)이 더 제공되고, 상기 송신은 하나 이상의 상기 상대 송신 파라미터에 기초하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신하도록 적응되는 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 시스템에는 송신기(210')와 수신기(220') 간의 총 통신 품질에 기초하는 공통 송신 파라미터를 결정하는 수단이 제공되고, 상기 중계국(215)에는 상기 공통 송신 파라미터를 수신하는 수단이 더 제공되며, 상기 제 2 링크 상의 송신은 하나 이상의 상기 상대 송신 파라미터와 상기 공통 송신 파라미터에 기초하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 통신하도록 적응되는 시스템.
  17. 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 수신기(220')로서, 상기 네트워크는 송신기(210), 수신기(220), 및 하나 이상의 중계국(215)을 포함하고, 상기 중계국(215)은 상기 송신기(210)와 상기 중계국(215) 간의 제 1 링크로부터 상기 중계국(215)과 상기 수신기(220) 간의 제 2 링크로 신호를 송신하는, 상기 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 수신기에 있어서,
    상기 수신기(220')에는 적어도 상기 제 1 링크의 특징에 기초하여 하나 이상의 상대 송신 파라미터를 결정하는 수단과, 상기 중계국으로 상기 상대 송신 파라미터를 분포시키는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 수신기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 결정 수단은 통신 세션에 참가하는 각각의 중계국(215)에 대해서 다수의 상대 송신 파라미터를 결정하도록 적응되는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 수신기.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 상대 송신 파라미터는 상기 제 1 및 제 2 링크의 특징에 기초하는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 수신기.
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 수신기에는 상기 송신기(210)와 상기 수신기(220') 간의 총 통신 품질에 기초하는 공통 송신 파라미터를 결정하는 수단이 더 제공되는 것을 특징으로 하는, 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 수신기.
  21. 제 17 항 또는 제 18 항에 따른 수신기(220')를 포함하는 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 기지국(210).
  22. 제 17 항 또는 제 18 항에 따른 수신기(220')를 포함하는 2-홉 무선 통신 네트워크에서 사용되도록 적응되는 이동국(220).
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
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