KR101072453B1 - 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법 - Google Patents

다중 홉 협동 중계 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 폐회로 다중 안테나 송수신 기술을 이용한 중계기 시스템으로 다수의 중계기 중 성능이 좋은 중계기를 선택할 수 있도록 한 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 코드북을 이용한 다중 홉 협동 중계 장치에 있어서, 파일롯 신호를 전송하는 이동통신 단말기; 상기 파일롯 신호를 수신하여 상기 파일롯 신호를 전송하는 적어도 하나의 중계기; 및 상기 이동통신 단말기와 상기 중계기로부터 수신되는 파일롯 신호로부터 각각 획득되는 채널특성 정보로부터 가중치 벡터를 획득한 후, 상기 가중치 벡터와 근사치에 해당하는 코드북 인덱스를 결정하여 이동통신 단말기의 파일롯 신호의 신호대 잡음비(SNR)보다 우수한 파일롯 신호를 전송하는 상기 적어도 하나의 중계기를 선택하여 비트에러율의 성능이 고려된 피드백 정보를 전송하는 기지국을 포함하되, 상기 선택된 적어도 하나의 중계기는 상기 이동통신 단말기로부터 전송되는 데이터를 해독하고 부호화하여 상기 채널특성 정보와 함께 상기 코드북 인덱스 기초로 선택된 코드북을 혼합하여 기지국으로 전송하는 다중 홉 협동 중계 장치 및 이를 이용한 다중 홉 협동 중계 방법을 제공한다.
협동통신, 중계기(relay), 폐회로, 이동통신 단말기, 기지국, 다중 홉

Description

다중 홉 협동 중계 장치 및 방법{COOPERATIVE MULTI HOP RELAY APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 폐회로 다중 안테나 송수신 기술을 이용한 중계기 시스템으로 다수의 중계기 중 성능이 좋은 중계기를 선택할 수 있도록 한 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법에 관한 것이다.
4세대(4G) 이동통신 사용자들은 현재 유선 광대역 네트워크와 동일하게 이동통신망을 통해 저속에서 고속까지, 실시간에서 비실시간에 걸쳐 다양한 품질의 서비스를 요구하고 있으며, 향후 더욱 증가할 것으로 예측된다.
언제 어디서나 누구라도 컴퓨터와 네트워크를 간단하게 이용하게 될 유비쿼터스 환경에서는 현재의 이동통신 기술로서는 이러한 사용자들의 요구를 충족시키기에는 한계가 있다.
이러한 상황에 다중 안테나 송수신 기술은 열악한 전송 환경에서도 대용량, 고품질, 고효율, 고신뢰성 통신을 지속적으로 유지할 수 있는 기술 중의 하나로 이미 널리 알려져 있다. 하지만 사용자가 셀의 끝에 있거나 높은 건물이나 산에 의하 여 가려져 있을 경우 혹은 깊은 페이딩 상태에 있을 경우 그 성능을 보장하기가 힘들어진다. 그래서 중계기를 이용한 협동 중계 통신(cooperative relay communication)이 제안되었다. 협동 중계통신은 셀 영역도 확장되고, 셀 끝에서의 사용자의 성능도 개선된다.
도 1과 같이 현재 4G 이동통신 기술로 연구가 진행중인 LTE-Advanced 기술의 후보에 올라와 있다.
협동통신은 1979년 중계 채널(relay channel)의 정보 이론적 특성이 발표된 후 연구되기 시작하였다. 이러한 협동 통신은 1개의 안테나를 가지고 있는 단말기로부터 다른 단말기와 협동 통신을 함으로써, 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
이러한 협동 통신에 다중 안테나 송수신 기술을 응용한 협동 중계 다이버시티 기법들이 많이 연구 되었다. 이러한 연구는 큰 다이버시티 이득 효과를 얻을 수 있는 시공간 부호를 사용한 협동 중계 다이버시티를 얻기 위한 연구로 발전되었다.
만약 협동 단말기가 아닌 중계기를 이용하여 중계기와 기지국 간의 적은 이동 환경을 고려한다면, 도 2에 도시된 바와 같이 알라모티 기법과 같은 시공간 부호를 사용한 기법보다 채널 상태정보를 피드백하는 최대 비 전송이나, 동 이득 전송과 같은 폐회로 다중 안테나 송수신 기법들이 보다 더 큰 다이버시티 이들을 얻을 수 있다.
한편, MIMO(Multiple Input Multiple Output)는 무선 통신 시스템들의 링크 용량을 현저히 증가시키는 다중 송신 안테나들 및 다중 수신 안테나들을 포함하는 송신 방법이다. 다양한 송신 전략들이 각각의 송신 안테나 요소와 각각의 수신 안 테나 요소 사이의 채널 응답에 관한 어느 정도의 정보를 갖는 송신 어레이(transmit array)를 요구하며, 이것은 종종 "폐루프(closed-loop)" MIMO로 언급된다. TDD(Time Division Duplexing) 시스템들에서의 업링크 사운딩과, TDD 또는 FDD(Frequency Division Duplexing) 시스템들에서의 채널 피드백과 같은 기술들을 사용하여, 송신기에서 전체 광대역 채널 정보를 얻을 수 있다. 안테나 선택 표시자 또는 코드북 기반 빔형성 가중치들 선택(codebook-based beamforming weights selection)을 피드백하는 것과 같은 제한된 피드백 방법들은 전체 채널 피드백과 달리 피드백의 양을 감소시킬 수 있다. 이러한 제한된 피드백 방법들은 파워 가중치가 코드북 가중치들에 따라 피드백되는 경우에 개선될 수 있다.
그러나, 송신기에 파워 가중치를 전달하는 것은 중요한 채널 자원들을 요구할 수 있다. 따라서, 송신기에 파워 가중치를 제공하기 위한 효율적인 피드백 방법이 필요하다.
따라서, 차세대 이동 통신 시스템은 셀 커버리지의 증가뿐만 아니라, 셀 끝 및 음영지역에서도 보다 높은 에러 성능을 요구하기 때문에, 상황에 맞게 더 좋은 성능을 얻을 수 있는 기술들을 적용하고, 보다 높은 성능을 나타낼 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 중계기와 기지국 사이의 적은 이동성을 고려하여 폐회로 다중 안테나 송수신 기술을 적용할 수 있도록 한 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 폐회로 다중 안테나 송수신 기술을 중계기 시스템에 적용하여 송수신의 에러성능을 향상시킬 수 있도록 한 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기지국에서 중계기로 피드백 정보 전송시 최적의 채널환경이 되도록 중계기 개수를 고려하여 해당 중계기로 코드북을 이용하여 피드백 비트수를 최적화하여 전송할 수 있도록 한 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 통신환경의 성능을 향상시킬 수 있도록 한 피드백 프레임 포맷을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일면에 따른 다중 홉 협동 중 계 장치는, 코드북을 이용한 다중 홉 협동 중계 장치에 있어서, 파일롯 신호를 전송하는 이동통신 단말기; 상기 파일롯 신호를 수신하여 상기 파일롯 신호를 전송하는 적어도 하나의 중계기; 및 상기 이동통신 단말기와 상기 중계기로부터 수신되는 파일롯 신호로부터 각각 획득되는 채널특성 정보로부터 가중치 벡터를 획득한 후, 상기 가중치 벡터와 근사치에 해당하는 코드북 인덱스를 결정하여 이동통신 단말기의 파일롯 신호의 신호대 잡음비(SNR)보다 우수한 파일롯 신호를 전송하는 상기 적어도 하나의 중계기를 선택하여 비트에러율의 성능이 고려된 피드백 정보를 전송하는 기지국을 포함하되, 상기 선택된 적어도 하나의 중계기는 상기 이동통신 단말기로부터 전송되는 데이터를 해독하고 부호화하여 상기 채널특성 정보와 함께 상기 코드북 인덱스 기초로 선택된 코드북을 혼합하여 기지국으로 전송한다.
여기서, 상기 코드북은, WiMAX의 MRT(Maximum Ratio Transmission) 코드북이다.
여기서, 상기 피드백 정보는, 신호대 잡음비가 우수한 해당 중계기의 중계기 ID정보와, 코드북 인덱스 정보를 포함하며, 총 비트수가 7비트 이하로 이루어진다.
본 발명의 다른 면에 따른 다중 홉 협동 중계 방법은, 코드북을 이용한 다중 홉 협동 중계 방법에 있어서, 기지국은 이동통신 단말기와 중계기로부터 각각 파일롯 신호를 수신하는 단계; 상기 이동통신 단말기와 상기 중계기로부터 수신되는 파일롯 신호로부터 각각 획득되는 채널특성 정보로부터 가중치 벡터를 획득하는 단계; 상기 가중치 벡터와 근사치에 해당하는 코드북 인덱스를 결정하여 이동통신 단말기의 파일롯 신호의 신호대 잡음비(SNR)보다 우수한 파일롯 신호를 전송하는 상 기 적어도 하나의 중계기를 선택하여 비트에러율의 성능이 고려된 피드백 정보를 전송하는 단계; 및 상기 피드백 정보를 수신하는 중계기가 이동통신 단말기로부터 전송되는 데이터를 해독하고 부호화하여 상기 채널특성 정보와 함께 상기 코드북 인덱스 기초로 선택된 코드북을 혼합하여 전송하는 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 피드백 정보는, 총 비트수가 7비트 이하로 이루어져, 총 중계기중 하나의 중계기가 선택될 경우 선택된 해당 중계기의 중계기 ID정보만이 포함된 피드백 정보로 이루어지고, 총 중계기중 모든 중계기가 선택될 경우 선택된 해당 중계기의 중계기 ID정보를 포함하지 않고 코드북 인덱스만이 포함된 피드백 정보로 이루어지며, 총 중계기중 하나의 중계기만을 제외하고 선택될 경우 제외된 해당 중계기의 중계기 ID정보를 포함하고 코드북 인덱스가 포함된 피드백 정보로 이루어진다.
전술한 과제해결 수단에 의해 본 발명은 셀 커버리지의 증가뿐만 아니라, 셀 끝 및 음영 지역에서도 보다 높은 에러 성능을 발휘함으로써, 통신 환경을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한 폐회로 다중 안테나 송수신 기술을 이용한 중계기 시스템 및 중계기 선택방식에 따라 기존 중계기를 이용한 통신 기법보다 에러 성능이 개선될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법은 중계기와 기지국 사이에서는 이동 통신 단말기와 같은 이동이 없기 때문에 이러한 상황에 유리하게 적용할 수 있는 폐회로 다중 안테나 송수신 기술인 최대비 전송을 적용하였으며, 이에 기지국은 중계기로부터 수신한 파일롯 신호에서 중계기와 기지국 사이의 채널특성 정보를 확인하고, 채널특성 정보로부터 가중치 벡터를 획득하여 가중치 벡터와 코드북을 비교하여 근접한 코드북 인덱스를 중계기로 피드백한다.
이에, 본 발명에서는 피드백되는 피드백 정보의 비트수를 최적화하는 방법과 피드백 정보의 프레임 구조에 대한 기술적 구성을 제안한다.
하기의 설명에서 본 발명의 다중 홉 협동 중계 장치 및 방법의 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있는데, 이들 특정 상세들 없이 또한 이들의 변형에 의해서도 본 발명이 용이하게 실시될 수 있다는 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
하가의 설명에서 중계기와 기지국간에는 동일한 코드북을 갖고 있다.
한편, 본 발명의 구체적인 내용에서는 이해를 돕고자 MRT기법을 이용한 다중 홉 협동 중계방식에 따른 동작 및 작용에 대해서 기술하겠으나, MRT기법뿐만 아니라, 폐회로 MIMO 기법중 하나인 동이득 전송(EGT: Equal Gain Transmission)의 경우에도 피드백의 형태는 동일하기 때문에 동일하게 적용 가능함은 물론이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는데 필요한 부분을 중심으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 협동 중계방식을 설명하기 예시도이다.
도 3을 참조하면, 일반적으로 협동 중계기법은 소스 단말기의 이동통신 단말기(10)가 중계기(20)와 기지국(30)으로 데이터를 전송하고, 중계기(20)는 이동통신 단말기(10)로부터의 신호를 기지국(30)으로 전송한다. 이때 중계기(20)에서는 이동통신 단말기(10)로부터 수신한 신호를 처리하여 기지국(30)으로 전송하는데 다음과 같은 3가지 방법이 존재한다.
첫째, 협동 단말기의 중계기(20)가 단지 이동통신 단말기(10)로부터 송신된 신호를 증폭만 한 후 목적 단말기의 기지국(30)로 전송하는 방법(amplify and forward method)과, 이동통신 단말기(10)로부터 송신된 신호를 해독한 후에 다시 부호화하여 전송하는 방법(decode and forward method)과, 채널 코딩에 협동을 통합하는 방법(coded cooperation method)이 있으며, 이에 대한 각 방법에 대한 도면이 도 4에 도시되어 있다.
이러한 각 방법의 협동중계방법은 도 5를 통해 알수 있듯이, 10dB이상에서 협동중계를 하지 않았을 때보다 신호대 잡음비(SNR)이 우수함을 알 수 있다.
이때 SNR이 우수한 순서대로 기재하면, Coded cooperation-->Decoded and forward-->Amplify and forward 순서가 된다.
이 중 Coded cooperation은 SNR이 가장 우수함에도 불구하고, 중계기(20)에서 새로 코딩을 하기 때문에, 단순히 이동통신 단말기(10)의 신호를 복호화하고 전송하는 기법인 Decoded and forward 기법이 가장 많이 사용된다.
이에, 본 발명에 따른 다중 홉 협동 중계 장치는 decode and forward 기법을 사용하는 중계기(20)가 셀(cell)안에 복수개 존재하게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 협동 중계 장치의 협동 중계방식을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6을 참조하면, 이동통신 단말기(10)가 우선 AWGN(additive white gaussian noise)채널을 이용하여 파일롯 신호를 중계기(20a~20d)로 전송한다.
이때 고려해야 될 사항은 이동통신 단말기(10)에서 중계기(20a~20d)의 신호가 전송되는 첫번째 홉(hop)의 채널상태가 좋지 않을 경우, 중계기(20a~20d)와 기지국(30) 사이인 두번째 홉에서의 성능이 크게 저하되기 때문에 본 발명에서는 첫번째 홉을 백색잡음(additive white gaussian noise)만을 가지는 AWGN채널로 가정한다.
중계기(20a~20d)는 수신한 파일롯 신호를 복호후 전송(decode and forward) 기법을 이용하여 수신된 신호를 해독한 후에 다시 부호화하여 기지국(30)으로 전송한다.
그러면, 기지국(30)은 중계기(20)로부터 수신한 파일롯 신호에서 중계기(20)와 기지국(30) 사이의 채널 상태를 확인하고, 채널로부터 가중치 벡터를 구한다.
가중치 벡터를 구하는 방법을 기술하면 다음과 같다.
우선, 2홉에서의 채널
Figure 112009055192454-pat00001
의 특이값을 아래의 수학식 1을 통해 분해한다. 여기서,
Figure 112009055192454-pat00002
Figure 112009055192454-pat00003
여기서, U2는 프리코딩 벡터를 의미하고, V2H는 컴바이닝 벡터를 의미한다.
이때, 기지국(30)에서 수신된 신호는 아래의 수학식 2와 같으며, 수신된 신호의 SNR은 아래의 수학식 3과 같다.
Figure 112009055192454-pat00004
Figure 112009055192454-pat00005
여기서, No는 잡음 스펙트럼 밀도를 의미하고,
Figure 112009055192454-pat00006
는 전송 신호 에너지를 의미한다.
이에, 기지국(30)에서 코드북 인덱스를 찾기 위해 수학식 3의 SNR을 최대화 할 수 있는 가중치 벡터(U)의 최적화 가중치 벡터(UOPT)를 아래의 수학식 4를 이용하여 획득한다.
Figure 112009055192454-pat00007
여기서,
Figure 112009055192454-pat00008
는 2-놈을 의미한다.
이후, 전술한 과정을 통해 획득된 가중치 벡터와 코드북을 비교하여 가장 근접한 코드북 인덱스를 선택하여 중계기(20)로 피드백한다. 이때, 채널의 신호대 잡음비(SNR) 값이 가장 큰 중계기의 ID정보를 같이 전송함으로써, 채널 상태가 가장 좋은 중계기를 선택하게 된다.
중계기는 ID정보에 의해 자신이 선택되었는지 알 수 있기 때문에, 선택되어진 중계기는 자신이 선택되었음을 이동통신 단말기(10)에게 통보한다.
이에 이동통신 단말기(10)는 중계기(20a~20d)와 기지국(30) 사이의 가장 좋은 채널환경을 고려한 중계기를 통해 데이터를 전송하게 된다.
그러면, 채널환경이 가장 좋은 중계기는 채널특성 정보와 코드북 및 데이터를 곱하여 기지국(30)으로 송신한다.
한편, 중계기를 선택하는 방법은 중계기(20a~20d)가 4개이면, 1개의 중계기를 선택하는 경우부터 4개의 모든 중계기를 선택하는 경우로서, 총 4가지의 경우가 있다. 중계기(20a~20d)의 개수에 따라 기지국(30)이 중계기(20a~20d)로 피드백해야 하는 피드백 정보의 비트수는 도 7과 같으며, 코드북은 WiMAX의 최대비 전송 코드북으로 인덱스 정보가 3비트인 V(2, 1, 3), V(3, 1, 3)을 사용하였으며, 총 최대 비트수는 7비트로 제한하였다. 이때 인덱스 정보는 중계기 ID정보와 코드북 인덱스정보로 이루어진다.
다음은 기지국(30)이 중계기를 선택하는 방법에 대해 설명한다.
라인 오브 사이트(line of sight) 환경에서 이동통신 단말기(10)는 중계기(20a~20d)로 파일롯 신호를 전송하고, 중계기(20a~20d)를 통하지 않고 기지국(30)으로 직접 파일롯 신호를 전송한다.
이에 의해, 기지국(30)은 이동통신 단말기(10)로부터 수신한 파일롯 신호의 SNR과 중계기(20a~20d)로부터 수신한 파일롯 신호의 SNR의 대소를 비교하여, 이동통신 단말기(10)로부터 수신한 파일롯 신호의 SNR보다 큰 중계기(20a~20d)로부터 수신한 파일롯 신호의 SNR이 존재하는 경우에 해당 중계기를 선택한다.
그러나, 이동통신 단말기(10)로부터 수신한 파일롯 신호의 SNR보다 큰 중계기(20a~20d)로부터 수신한 파일롯 신호의 SNR이 존재하지 않으면, 기지국(30)은 이동통신 단말기(10)와 기지국(30)간의 통신 채널 환경이 가장 좋기 때문에 중계기(20a~20d)의 사용이 불필요하다고 인식하여 해당 중계기를 선택하지 않는다.
이와 같은 중계기 선택방법에 의해 선택된 중계기로 피드백 정보를 전송하며, 중계기가 4개인 경우에 피드백 정보와 피드백 정보의 비트수에 대해 설명하면 다음과 같다.
우선, 1개의 중계기만을 선택하는 경우에는 중계기와 기지국(30)사이에서 최대 비 전송을 할 수 없기 때문에 코드북 인덱스비트를 피드백하지 않고, 중계기 ID정보(2비트)만을 포함하는 피드백 정보를 이용하여 선택된 중계기에게 피드백한다. 이때는 총 비트가 2비트가 된다.
2개의 중계기를 선택하는 경우에는 중계기 ID정보로 4비트(1개의 중계기가 2비트를 필요로 함)를 필요로 하고, 코드북 인덱스 정보로 3비트를 포함하는 피드백 정보를 이용하여 선택된 중계기에게 피드백한다. 이때는 총 비트가 7비트가 된다.
3개의 중계기를 선택하는 경우에는 선택된 중계기 ID정보로 1개의 중계기가 2비트를 필요로 하기 때문에 총 6비트를 필요로 하게 되지만, 선택되지 않은 중계기 ID정보로 2비트를 전송하여 피드백 비트수를 줄이고, 코드북 인덱스 정보로 3비트를 포함하는 피드백 정보를 이용하여 선택된 중계기에게 피드백한다. 이때는 총 비트가 5비트가 된다.
4개의 중계기를 선택하는 경우에는 모든 중계기를 선택한 것이므로, 중계기 ID정보를 전송할 필요가 없고, 단지 코드북 인덱스 비트인 3비트만을 피드백하게 된다.
이에 따라, 피드백 정보의 비트수를 최고 7비트로 한정할 수 있으며, 피드백 정보의 프레임 구조는 도 8과 같이, 2~4비트의 중계기ID정보, 3비트의 코드북 인덱스 정보로 이루어진다.
피드백 정보를 수신한 중계기는 우선 총비트수를 확인하여 기지국(30)에서 몇개의 중계기를 선택하였는지 인식하고, 이후 중계기 ID정보를 확인하여 자신이 선택되었는지를 판단한다.
판단결과 자신이 선택되었다면, 해당 중계기는 코드북 인덱스 정보를 바탕으로 코드북을 결정하고, 그 결정된 코드북은 이동통신 단말기의 데이터를 전송할때 함께 채널특성 정보와 곱하여 기지국으로 송신한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 협동 중계 제어 프로토콜을 설명하기 위한 예시도이다. 여기서 U1은 이동통신 단말기, R1~R4는 제1~제4 중계기, E1는 기지국을 의미하며, 이동통신 단말기는 1개, 제1~제4 중계기는 4개, 기지국은 1개인 경우를 가정한다.
도 9를 참조하면, 우선 도 9의 (a)는 기지국(E1)에 의해 1개의 제1 중계기(R1)가 선택된 경우로서, 파일롯 신호(Pilot signal)는 이동통신 단말기(U1)에서 제1~제4 중계기(R1~R4)로 전송되고, 제1~제4 중계기(R1~R4)에서 기지국(E1)으로 전송된다.
피드백 정보(Feedback signal)는 기지국(E1)에서 모든 중계기(R1~R4)로 전송되므로 제1~제4 중계기(R1~R4)으로 전송되고, 선택된 제1 중계기(R1)에서 이동통신 단말기(U1)로 전송된다.
데이터(Data signal)는 이동통신 단말기(U1)에서 제1 중계기(R1)로 전송되고, 제1 중계기(R1)에서 기지국(E1)로 전송된다.
이에 대한 실험 결과 파형도는 도 10a에 도시된 바와 같이, SNR이 10dB이하 일때는 채널의 상태차이가 크지 않기 때문에 중계기 1개를 선택한다고 하여도 성능 에는 큰영향을 주지 못한다. 그러나 SNR이 10dB이상에서 BER이 10- 3일때 20dB의 성능이 증가함을 알 수 있다.
도 9의 (b)는 기지국(E1)에 의해 2개의 제2, 제3 중계기(R2, R3)가 선택된 경우로서, 파일롯 신호(Pilot signal)는 이동통신 단말기(U1)에서 제1~제4 중계기(R1~R4)로 전송되고, 제1~제4 중계기(R1~R4)에서 기지국(E1)으로 전송된다.
피드백 정보(Feedback signal)는 기지국(E1)에서 모든 중계기(R1~R4)로 전송되므로 제1~제4 중계기(R1~R4)으로 전송되고, 선택된 제2, 제3 중계기(R2, R3)에서 이동통신 단말기(U1)로 전송된다.
데이터(Data signal)는 이동통신 단말기(U1)에서 제2, 제3 중계기(R2, R3)로 전송되고, 제2, 제3 중계기(R2, R3)에서 기지국(E1)로 전송된다.
이에 대한 실험 결과 파형도는 도 10b에 도시된 바와 같이, SNR이 5dB이상 일때는 성능이 좋아졌으며, BER이 10-3에서 3dB 정도 성능이 증가함을 알 수 있다.
도 9의 (c)는 기지국(E1)에 의해 3개의 제1, 제2, 제4 중계기(R1, R2, R4)가 선택된 경우로서, 파일롯 신호(Pilot signal)는 이동통신 단말기(U1)에서 제1~제4 중계기(R1~R4)로 전송되고, 제1~제4 중계기(R1~R4)에서 기지국(E1)으로 전송된다.
피드백 정보(Feedback signal)는 기지국(E1)에서 모든 중계기(R1~R4)로 전송되므로 제1~제4 중계기(R1~R4)으로 전송되고, 선택된 제1, 제2, 제4 중계기(R1, R2, R4)에서 이동통신 단말기(U1)로 전송된다.
데이터(Data signal)는 이동통신 단말기(U1)에서 제1, 제2, 제4 중계기(R1, R2, R4)로 전송되고, 제1, 제2, 제4 중계기(R1, R2, R4)에서 기지국(E1)로 전송된다.
이에 대한 실험 결과 파형도는 도 10c에 도시된 바와 같이, 1개 혹은 2개의 중계기를 선택했을 때보다 향상폭이 크기 않지만, SNR이 증가할 수록 BER 성능이 증가함을 알 수 있다.
도 9의 (d)는 기지국(E1)에 의해 4개의 제1~제4 중계기(R1~R4)가 모두 선택된 경우로서, 파일롯 신호(Pilot signal)는 이동통신 단말기(U1)에서 제1~제4 중계기(R1~R4)로 전송되고, 제1~제4 중계기(R1~R4)에서 기지국(E1)으로 전송된다.
피드백 정보(Feedback signal)는 기지국(E1)에서 모든 중계기(R1~R4)로 전송되므로 제1~제4 중계기(R1~R4)으로 전송되고, 선택된 제1~제4 중계기(R1~R4)에서 이동통신 단말기(U1)로 전송된다.
데이터(Data signal)는 이동통신 단말기(U1)에서 제1~제4 중계기(R1~R4)로 전송되고, 제1~제4 중계기(R1, R2, R4)에서 기지국(E1)로 전송된다.
이를 통해서 알 수 있듯이, 파일롯 신호는 모든 중계기에서 수신하여 기지국으로 전송해야 하기 때문에 모든 경우 동일한 협동 중계 제어 프로토콜을 가진다. 또한 피드백 정보는 기지국에서 선택된 중계기를 알려주기 위해 모든 중계기로 피드백 정보를 전송하지만, 중계기들은 선택된 중계기만 이동통신 단말기에 알려주면 된다. 데이터는 선택된 중계기를 통해서만 기지국으로 전송을 함으로써, 중계기 선택방법을 적용하였을 때, SNR이 5dB이상에서 성능이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 중계기에 MRT 방식적용시의 성능을 보인 파형도이다.
도 11을 참조하면, 중계기에 최대비 전송 적용시의 성능을 보인 파형도로서, 두번째 홉에서 최대 비 전송을 사용하였을 경우 SNR이 5dB이상에서 큰 폭으로 비트에러율(BER) 성능이 증가함을 알 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 협동 중계 방법을 보인 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 우선, 이동통신 단말기(10)가 중계기(20a~20d)와 기지국(30)으로 파일롯 신호를 전송한다(S1201).
중계기(20a~20d)는 기지국(30)으로 이동통신 단말기(10)로부터 수신한 파일롯 신호를 전송한다(S1203).
이후, 기지국(30)은 중계기(20a~20d)와 이동통신 단말기(10)로부터 수신한 파일롯 신호로부터 채널특성 정보를 획득하여 가중치 벡터를 도출하며 그 도출된 가중치 벡터를 이용하여 SNR을 연산한다(S1205).
기지국(30)은 이동통신 단말기(10)로부터 수신한 파일롯 신호의 SNR와 중계기((20a~20d))로부터 수신한 파일롯 신호의 SNR을 비교하여 이동통신 단말기(10)로부터 수신한 파일롯 신호의 SNR보다 큰 SNR을 갖는 파일롯 신호의 해당 중계기를 선택한다(S1207).
이와 함께 기지국(30)은 코드북과 가중치 벡터를 비교하여 가장 근사한 코드북 인덱스를 결정한다(S1209).
기지국(30)은 피드백 정보로서 피드백 비트수를 최대 7비트로 하여 기지국 ID정보와 함께 결정된 코드북 인덱스정보를 포함하는 피드백 정보를 1207단계(S1207)를 통해 선택된 SNR이 가장 좋은 중계기로 전송한다(S1211).
그러면 SNR이 가장 좋은 중계기는 피드백 정보를 수신하고 피드백 정보에 의해 자신이 선택되었음을 인식한 후, 이를 이동통신 단말기(10)로 알려준다(S1213).
이후, SNR이 가장 좋은 중계기는 이동통신 단말기(10)가 전송하고자 하는 데이터를 수신하고, 수신된 데이터와 함께 채널특성 정보와 코드북을 곱하여 SNR이 가장 좋은 기지국(30)으로 전송한다(S1215).
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 일반적인 4세대 이동통신 기술인 LTE-Advanced의 기술을 보인 예시도.
도 2는 일반적인 알라모티 기법과 최대 비 전송의 성능을 비교한 파형도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 협동 중계방식을 설명하기 예시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 중계기에서 이동통신 단말기로부터 수신한 신호를 처리하여 기지국으로 전송하는 방법을 설명하기 위한 예시도.
도 5는 도 4에 있어, 각 전송방법에 따른 신호대 잡음비의 특성을 보인 파형도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 협동 중계 장치의 협동 중계방식을 설명하기 위한 예시도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 피드백 정보를 설명하기 위한 예시도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 중계기 선택에 따른 각 신호 전송과정을 설명하기 위한 예시도.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 실시예에 따라 중계기 선택에 따른 BER 및 SNR를 보인 파형도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 중계기에 MRT 방식적용시의 성능을 보인 파형도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 다중 홉 협동 중계 방법을 보인 흐름도.

Claims (5)

  1. 코드북을 이용한 다중 홉 협동 중계 장치에 있어서,
    파일롯 신호를 전송하는 이동통신 단말기;
    상기 파일롯 신호를 수신하여 상기 파일롯 신호를 전송하는 적어도 하나의 중계기; 및
    상기 이동통신 단말기와 상기 중계기로부터 수신되는 파일롯 신호로부터 각각 획득되는 채널특성 정보로부터 가중치 벡터를 획득한 후, 상기 가중치 벡터와 근사치에 해당하는 코드북 인덱스를 결정하여 이동통신 단말기의 파일롯 신호의 신호대 잡음비(SNR)보다 우수한 파일롯 신호를 전송하는 상기 적어도 하나의 중계기를 선택하여 비트에러율의 성능이 고려된 피드백 정보를 전송하는 기지국을 포함하되,
    상기 선택된 적어도 하나의 중계기는 상기 이동통신 단말기로부터 전송되는 데이터를 해독하고 부호화하여 상기 채널특성 정보와 함께 상기 코드북 인덱스 기초로 선택된 코드북을 혼합하여 기지국으로 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 협동 중계 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 코드북은,
    WiMAX의 MRT(Maximum Ratio Transmission) 코드북인 것을 특징으로 하는 다 중 홉 협동 중계 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 피드백 정보는,
    신호대 잡음비가 우수한 해당 중계기의 중계기 ID정보와, 코드북 인덱스 정보를 포함하며, 총 비트수가 7비트 이하로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 홉 협동 중계 장치.
  4. 코드북을 이용한 다중 홉 협동 중계 방법에 있어서,
    기지국은 이동통신 단말기와 중계기로부터 각각 파일롯 신호를 수신하는 단계;
    상기 이동통신 단말기와 상기 중계기로부터 수신되는 파일롯 신호로부터 각각 획득되는 채널특성 정보로부터 가중치 벡터를 획득하는 단계;
    상기 가중치 벡터와 근사치에 해당하는 코드북 인덱스를 결정하여 이동통신 단말기의 파일롯 신호의 신호대 잡음비(SNR)보다 우수한 파일롯 신호를 전송하는 하나 이상의 중계기를 선택하여 비트에러율의 성능이 고려된 피드백 정보를 전송하는 단계; 및
    상기 피드백 정보를 수신하는 중계기가 이동통신 단말기로부터 전송되는 데이터를 해독하고 부호화하여 상기 채널특성 정보와 함께 상기 코드북 인덱스 기초로 선택된 코드북을 혼합하여 전송하는 신호를 수신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 협동 중계 방법.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 피드백 정보는,
    총 비트수가 7비트 이하로 이루어져, 총 중계기중 하나의 중계기가 선택될 경우 선택된 해당 중계기의 중계기 ID정보만이 포함된 피드백 정보로 이루어지고,
    총 중계기중 모든 중계기가 선택될 경우 선택된 해당 중계기의 중계기 ID정보를 포함하지 않고 코드북 인덱스만이 포함된 피드백 정보로 이루어지며,
    총 중계기중 하나의 중계기만을 제외하고 선택될 경우 제외된 해당 중계기의 중계기 ID정보를 포함하고 코드북 인덱스가 포함된 피드백 정보로 이루어진 것을 특징으로 하는 다중 홉 협동 중계 방법.
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