KR101074194B1 - 중계 장치를 사용한 통신 방법 및 이를 적용한 중계 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명, 중계 장치를 사용한 통신 방법 및 이를 적용한 중계 장치는, 중계 장치가, 소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한 소스 정보를 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 전송하고, 소스 노드로로부터 다른 중계 장치를 거쳐 수신된 소스 정보를 디코딩하고, 소스 정보의 디코딩 성공 여부에 따라 채널 부호를 달리 하여 상기 소스 정보에 관한 잉여 정보를 생성하고, 상기 잉여 정보를 상기 목적 노드로 전송함으로써, 다이버시티 효과를 극대화시키고 따라서, 네트워크의 전체적인 성능 향상을 기대할 수 있다.

Description

중계 장치를 사용한 통신 방법 및 이를 적용한 중계 장치{COMMUNICATION METHOD WITH RELAY APPARATUS AND RELAY APPARATUS USING THE METHOD}

본 발명은 릴레이를 사용한 통신 방법 및 이를 적용한 중계 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소스 정보에 대한 잉여 정보를 전송하여 다이버시티 효과를 얻을 수 있는 릴레이를 사용한 통신 방법 및 이를 적용한 중계 장치방법에 관한 것이다.

중계 장치(대표적으로, 릴레이(relay))는 무선 통신 네트워크 특히, IEEE 802.15.3 기반의 무선 개인 영역 네트워크(WPAN: Wireless Personal Area Network), Wibro 네트워크, 휴대전화망 등에서 셀 용량 증대와 서비스 영역 확장을 위해 많이 사용되고 있다.

릴레이는 타워나, 폴, 빌딩의 옥상이나, 측면, 가로등 등의 위치에 고정적으로 부착 설치되거나 비상구난용 통신 링크, 야외 행사, 스포츠 장소 등에 설치되어 그 위치가 가변적으로 설치되기도 하며, 기차, 버스, 여객선 등 이동하는 물체에 탑재되는 경우도 있다. 릴레이와 기지국 사이, 릴레이와 단말 사이의 무선 링크는 대부분 LOS(Line Of Sight) 환경을 확보하는 형태로 고려되며, 경우에 따라서는 NLOS(Not Line Of Sight) 환경도 예외적으로 고려된다.

현재까지 진행된 릴레이를 이용한 통신은 단일 릴레이와 다중 홉 릴레이를 이용한 2 가지 경우로 나눌 수 있다. 그 중 다중 홉 릴레이의 경우 릴레이 간 전송 방식은 2 가지로 나눌 수 있는데, 릴레이 간에는 통신을 하지 않는 병렬 릴레이(parallel relay)의 경우와 릴레이 간 통신이 가능한 경우가 그것이다. 따라서 멀티 홉 릴레이를 이용한 네트워크에서는 릴레이의 통신 방법에 따라 그 성능에 많은 차이가 날 수 있다. 릴레이를 이용한 효율적인 통신 방법이나 릴레이 기능에 대해서는 활발하게 논의가 되고 있다.

릴레이를 이용한 통신은 크게 소스 노드, 릴레이, 목적 노드의 3가지 구성요소를 포함한다. 소스 노드는 메시지를 유출, 즉 다른 곳으로 전송하는 역할을 하고 릴레이는 이러한 소스 노드로부터 메시지를 수신하고 그것을 목적 노드로 중계하는 역할을 한다. 또한 목적 노드는 소스 노드와 릴레이로부터 수신한 두 신호를 이용하여 원래의 메시지를 디코딩(decoding)한다.

도 1은 하나의 릴레이를 포함하는 일반적인 통신 네트워크의 개념도이다.

보통 도 1에서와 같이 하나의 릴레이를 사용하는 경우, 소스 노드(S)에서 릴레이(R)와 목적 노드(D)로(직접 경로) 동일한 메시지를 송신한다. 목적 노드(D)는 소스 노드(S)가 송신한 정보를 그대로 수신하고, 릴레이(R)는 소스 노드로부터 받은 메시지를 디코딩하여 그에 대한 잉여 정보(패리티, parity)를 만든 후, 잉여 정보를 목적 노드로 송신하며, 목적 노드(D)는 릴레이(R)를 통해 수신한 잉여 정보와 메시지(소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한)를 디코딩한다. 따라서 릴레이를 이용한 통신에서는 소스 노드와 목적 노드 사이의 직접 경로에 의한 통신과 더불어 잉여 정보까지 더해지므로 전체적인 성능 향상을 얻을 수 있다.

도 2는 다중 홉 릴레이를 포함하는 일반적인 통신 네트워크의 개념도이다.

도 2의 통신 네트워크는 복수의 릴레이(R1, R2, 및 R3)를 포함하며, 다중 홉 릴레이를 이용한 전송방식 중에서 릴레이끼리는 통신을 하지 않는 병렬 릴레이의 경우를 나타낸다.

도 2와 같은 다중 홉 릴레이를 포함하는 네트워크에서도 단일 릴레이를 이용한 통신 네트워크에서와 마찬가지로, 소스 노드(S)가 목적 노드(D)로 직접 경로를 통해서 메시지를 전송할 뿐 아니라, 해당 네트워크 내에 포함된 복수의 릴레이 각각에게도 메시지를 보낸다. 각 릴레이 노드(R1, R2 또는 R3)는 단일 릴레이 구조에서와 같이 수신된 메시지를 디코딩한 후 잉여 비트를 구성하여 목적 노드로 전송한다(디코드 및 포워드(decode-and-forward) 방식의 경우). 도 2의 각 릴레이를 살펴보면, 각 릴레이 간, 즉 R1과 R2 사이, R2와 R3 사이, R1과 R3 사이에는 통신이 이루어지지 않고 있다.

도 2의 네트워크에서 목적 노드(D)는 여러 릴레이(R1, R2, 및 R3)를 통한 경로로부터 수신한 잉여 비트와 소스 노드(S)로부터의 직접 경로를 통해 수신한 메시지를 이용하여 메시지를 디코딩한다.

도 3은 릴레이 간 통신을 수행하는 다중 홉 릴레이를 포함하는 일반적인 통신 네트워크의 개념도이다.

도 3 역시, 네트워크가 복수의 릴레이(R1, R2, 및 R3)를 포함하고, 소스 노드(S)가 릴레이(R1, R2, 및 R3)와 목적 노드(D)로 정보를 전송한다는 점에서는 도 2의 네트워크와 동일하다. 하지만 도 3의 네트워크는, 도 2의 네트워크와 같이 릴레이에서 디코딩된 정보를 목적 노드로만 전송하는 것이 아니라, 하나의 릴레이(R1)가 다른 릴레이(R2)로 디코딩된 정보를 전송하는 릴레이 간 전송이 가능한 전송 방식을 사용한다는 점에서 도 2의 네트워크와 구별된다.

하지만, 도 1 내지 도 3을 통해 살펴본 바와 같이 현재까지 논의되어온 다중 홉 릴레이 네트워크 프로토콜은 릴레이 간 통신을 사용하지 않거나, 사용한다 하더라도 단방향 통신만을 사용하는 형태를 취하고 있어 네트워크의 전체적인 측면에서의 성능 향상이 기대에 못 미치는 수준에 머무르고 있다.

따라서 본 발명은 릴레이의 통신 방법에 부호화 협업(coded cooperation)의 개념을 적용하되 릴레이 간에 서로 다른 채널 부호를 적용하여 목적 노드에서 다이버시티 효과를 창출하는, 릴레이를 사용한 통신 방법 및 이를 적용한 중계 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 중계 장치는, 소스 노드와 목적 노드 사이의 통신을 중계하는 중계 장치로서, 상기 소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한 소스 정보를 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 전송하고, 상기 소스 노드로로부터 상기 다른 중계 장치를 거쳐 수신된 소스 정보를 디코딩하고, 상기 소스 정보의 디코딩 성공 여부에 따라 채널 부호를 달리 하여 상기 소스 정보에 관한 잉여 정보를 생성하고, 상기 잉여 정보를 상기 목적 노드로 전송한다.

상기 다른 릴레이로부터 수신된 정보의 디코딩에 성공한 경우, 다른 릴레이의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보에 관한 잉여 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 릴레이로부터 수신된 정보의 디코딩에 실패한 경우, 상기 중계 장치는 자신의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보에 관한 상기 잉여 정보를 생성하 것을 특징으로 한다.

상기 잉여 정보는, 상기 소스 정보에 대한 패리티 비트를 포함한다.

상기 소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한 소스 정보를 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 전송함에 있어 사용하는 채널 부호는, 상기 적어도 하나의 다른 중계 장치가 사용하는 채널 부호와는 다르게 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 중계 장치는, 제1 프레임에 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 상기 소스 정보를 전송하고, 제2 프레임에 상기 적어도 하나의 다른 중계 장치로부터 수신한 상기 소스 정보에 대한 잉여 정보를 상기 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 협업 통신을 적용하여, 상기 목적 노드로부터 상기 소스 노드로 정보를 전송한다.

상기 채널 부호는, 상기 중계 장치가 상기 목적 노드로 전송하는 전체 데이터 심볼(data symbol) 중 상기 제1 프레임에 해당하는 데이터 심볼 수의 비율에 따라 달라지는 것을 특징으로 한다.

상기 중계 장치는 릴레이(relay)일 수 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 중계 장치의 통신 방법은, 소스 노드와 목적 노드 사이에 배치된 중계 장치의 통신 방법으로서, 상기 소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한 소스 정보를 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 전송하는 단계, 상기 소스 노드로로부터 상기 다른 중계 장치를 거쳐 수신된 소스 정보를 디코딩하는 단계, 상기 소스 정보의 디코딩 성공 여부에 따라 채널 부호를 달리하여 상기 소스 정보에 관한 잉여 정보를 생성하는 단계, 및 상기 잉여 정보를 상기 목적 노드로 전송하는 단계를 포함한다.

상기 소스 정보의 디코딩 성공 여부에 따라 채널 부호를 달리하여 상기 소스 정보에 관한 잉여 정보를 생성하는 단계는, 상기 다른 릴레이로부터 수신된 정보의 디코딩에 성공한 경우, 다른 릴레이의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보에 관한 잉여 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 소스 정보의 디코딩 성공 여부에 따라 채널 부호를 달리하여 상기 소스 정보에 관한 잉여 정보를 생성하는 단계는, 상기 다른 릴레이로부터 수신된 정보의 디코딩에 실패한 경우, 상기 중계 장치는 자신의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보에 관한 상기 잉여 정보를 생성하는 것을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 중계 장치를 이용한 통신 방법은, 소스 노드가 연결되는 모든 릴레이로 소스 정보를 전송하는 단계, 상기 소스 정보를 수신한 각 릴레이가 제1 프레임에 자신을 제외한 다른 모든 릴레이 및 목적 노드로 상기 소스 정보를 전송하는 단계, 각 릴레이가 다른 릴레이로부터 수신한 정보를 디코딩하는 단계, 및 각 릴레이가, 상기 다른 릴레이로부터 수신한 정보의 디코딩 성공 여부에 따라 채널 부호를 결정하고, 결정된 채널 부호를 이용해 제2 프레임에 상기 소스 정보에 대한 잉여 정보를 목적 노드로 전송하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명의 통신 방법은, 직접 경로를 통한 소스 정보의 전송 외에 릴레이를 이용한 소스 정보에 대한 잉여 정보의 전송을 부가함으로써, 다이버시티 효과를 극대화시키고 따라서, 네트워크의 전체적인 성능 향상을 기대할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것 으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 릴레이 통신에 부호화 협업을 접목시켜 다이버시티(diversity) 이득을 증가시킴으로써, 궁극적으로 전체 네트워크의 성능 향상을 도모하고자 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 4는 본 발명에 적용되는 부호화 협업(Coded Cooperation)의 동작 원리를 나타낸다.

도 4의 동작 원리는 사용자 협업(user cooperation) 중 부호화 협업의 원리를 나타내고 있으며, 본 발명은 이러한 동작 원리를 사용자가 아닌 릴레이에 적용하고자 한다. 도 4에서 사용자 협업의 원리를 설명하는 것은 사용자가 아닌 릴레이에 적용되는 경우에도 그 기본적인 동작 원리는 그대로 적용되기 때문에 본 발명의 이해에 도움을 줄 수 있기 때문이다.

협업 통신(cooperative communications)은, 초소형을 추구하는 휴대용 단말기 등에서 공간 다이버시티를 획득하기 위해 제안된 것으로, 다른 단말과 협력하여 통신하는 기법이다. 또한, 협업 통신의 기법 중 하나인 부호화 협업통신 기법(coded cooperation)은 협업 노드에서 디코딩 후, 단순한 반복 전송 대신 다른 채널 코딩을 암호화하여 전송함으로써 전송 다이버시티 이외에 암호화 이득도 동시에 얻을 수 있는 기법이다.

부호화 협업 통신 기법은, 두 개의 독립적인 페이딩 경로(fading path)를 통해 각 유저(user)의 코드워드들의 서로 다른 부분을 전송한다. 기본적인 개념은 각 유저가 그 파트너에게 점증하는(incremental) 리던던시(redundancy) 정보를 전송하는 데 있다. 그것이 불가능할 때마다 유저들은 자동적으로 통신 모드를 비협업 모드로 되돌린다. 이러한 동작은 모두 코드 디자인을 통해 자동으로 이루어지며, 유저 간 피드백은 필요치 않아 부호화 협업의 효율성을 높인다.

도 4를 통해 일반적인 부호화 협업 프레임워크를 확인할 수 있다. 각 유저들은 그들의 소스 데이터(source data)를 CRC(cyclic redundancy code)와 같은 에러 감지 코드(error detection code)를 사용해 코딩된 블록들로 구분하며, 각 블록은 FEC(forward error correcting) 코드를 사용해 인코딩되는데, 전체 레이트 R에 대해, 각 소스(source) 블록에 할당된 N개의 전체 코딩된 심볼들을 갖는다고 볼 수 있다.

제1 프레임에서, 각 유저는 N1 심볼들을 사용해 레이트-R1 코드워드를 전송한다(여기서, R1 > R). 제1 프레임에서 전송되는 코드워드는 그 자체로, 디코딩시 원래의 정보 획득이 가능한 유효한 코드워드이다. 각 유저가 성공적으로 상대방, 즉 다른 유저의 제1 프레임 전송을 디코딩한 경우, 제2 프레임에서는, 상대방의 데이터를 위한 부가적인 패리티 심볼들 N2를 전송한다(여기서, N1 + N2 = N). 이 부가적인 패리티들은 제1 프레임 코드워드와 결합하여 보다 강력한 레이트-R 코드워드를 생성하도록 선택된다. 따라서, 각 유저는 두 프레임을 통해 항상 소스 블록 당 전체 N 비트를 전송하게 된다. 그리고 각 유저는 고유의 직교성 있는 멀티플-액세스 채널을 통해 정보를 전송한다.

부호화 협업에는, 각 유저의 디코딩 성공 여부에 따라 도 4와 같은 4가지 경우가 존재한다. 즉, 각 유저가 디코딩에 성공한 제1의 경우, 모든 유저가 디코딩에 성공하지 못한 제2의 경우, 그리고 제2 유저만 디코딩에 성공한 제3의 경우, 제1 유저만 디코딩에 성공한 제4의 경우가 그것이다.

부호화 협업의 4가지 경우 모두에 있어서, 제1 프레임에서는 각 유저가 상대편과 목적 노드에 정보를 전송한다. 각 유저는 상대편 유저로부터 받은 정보를 디코딩하는데, 부호화 협업의 제1 경우는 모든 유저, 즉, 제1 유저 및 제2 유저가 수신한 신호를 성공적으로 디코딩한 경우이다. 따라서, 각 유저는 수신한 신호를 성공적으로 디코딩하여 제1 프레임에 수신한 정보(상대편 정보)에 대한 잉여 정보를 생성하고 이를 목적 노드로 송신한다. 이렇듯, 각 유저는 제2 프레임에 자신의 잉여 정보가 아닌 상대방 정보에 대한 잉여 정보를 송신함으로써 최종적으로 다이버시티 이득을 얻게 된다.

부호화 협업의 경우의 수 중 제2 경우는, 각 유저가 모두 디코딩에 성공하지 못했을 경우이다. 각 유저가 디코딩에 성공하지 못하면 제2 프레임에서는 상대방 정보의 잉여정보를 전송하는 것이 아니라 자신의 잉여정보를 전송한다. 제3의 경우, 즉 제1 유저는 상대방 정보의 디코딩에 성공하지 못하고 제2 유저만 상대방 정보의 디코딩에 성공한 경우에는, 제2 유저가 상대방 정보, 즉 제1 유저에 대한 잉여 정보를 전송하고, 디코딩에 성공하지 못한 제1 유저는 자신의 잉여 정보를 목적 노드로 전송한다. 반대로, 제1 유저만 상대방 정보의 디코딩에 성공하고 제2 유저는 상대방 정보의 디코딩에 성공하지 못한 경우에는, 제1 유저가 상대방 정보, 즉 제2 유저에 대한 잉여 정보를 목적 노드로 전송하고, 디코딩에 성공하지 못한 제2 유저는 자신의 잉여 정보를 목적 노드로 전송한다. 즉, 두 유저 중 한 유저만 디코딩에 성공한 경우에 있어서 목적 노드에서 수신하는 잉여 정보는 제1 유저만에 대한 잉여 정보 또는 제2 유저만에 대한 잉여 정보이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따라 협업통신 방법을 릴레이에 적용한 네트워크 데이터 흐름의 일 실시예를 나타내며, 각 릴레이를 기점으로 하였을 때 도 5a는 본 발명에 따른 네트워크 동작에서의 프리-프레임(pre-frame)에서의 데이터 흐름을, 도 5b는 본 발명에 따른 네트워크 동작에서의 제1 프레임에서의 부호화 흐름을, 도 5c는 본 발명에 따른 네트워크 동작에서의 제2 프레임에서의 부호화 흐름의 일 실시예를 보여준다.

본 발명에 따른 네트워크는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 소스 노드(S), 제1 릴레이 및 제2 릴레이(R1 및 R2), 그리고 목적 노드(D)를 포함하여 구 성된다. 도 2 또는 도 3의 네트워크에 포함된 릴레이가 전송하고자 하는 정보를 다른 릴레이나 목적 노드로 일방적으로 전송하는 단방향 통신을 사용하는 것에 반해, 본 발명에 따른 릴레이는 릴레이 간에 정보를 서로 주고받는 양방향 통신의 방법을 취하고 있다.

소스 노드(S)로부터 목적 노드(D)로 데이터가 전송되며, 이러한 데이터의 전송에는 제1 릴레이(R1), 제2 릴레이(R2) 중 적어도 하나의 릴레이가 개입된다. 도 5a 내지 도 5c에서는 비록 2개의 릴레이만이 사용되었으나, 3개 이상의 릴레이를 가지는 네트워크로 확장될 수 있음이 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 릴레이(R1)가 사용하는 채널 부호(협업 부호화의 알파 값에 따라 정해지는)는 제2 릴레이(R2)가 사용하는 채널 부호와 다르게 설정될 수 있다. 이러한 방식은 제1 릴레이를 통해 목적 노드(D)로 수신되는 정보와 제2 릴레이를 통해 목적 노드(D)로 수신되는 정보가 서로 다른 채널 부호로 부호화된다는 점에서 1차적인 다이버시티 효과를 얻도록 함과 동시에, 소스 정보에 대한 잉여 정보의 채널 부호와 관련하여 2차적인 다이버시티 효과를 얻을 수 있도록 하여, 다이버시티 효과를 극대화시킨다.

도 5a는 프리-프레임에서의 동작을 나타내는데, 소스 노드(S)가 각 릴레이(R1, R2)와 목적 노드(D)로 전달하고자 하는 정보를 전송한다. 릴레이의 숫자와 무관하게 모든 릴레이와 목적 노드는 소스 노드가 전송하는 정보를 동일하게 수신한다. 각 릴레이(R1, R2)는 소스로부터 수신한 정보를 디코딩한다. 소스로부터 수신한 정보를 디코딩한다는 점은 기존의 릴레이 동작과 동일하다.

도 5b는 제2 프레임에서의 동작을 나타내는데, 릴레이가 2개인 경우를 가정하고 릴레이끼리 통신하는 양방향 통신을 보여주고 있다. 본 발명이 릴레이가 3개 이상이 포함된 네트워크에도 적용될 수 있음은 이미 언급한 바 있다.

제1 프레임에서 각 릴레이는 소스 노드로부터 받은 정보에 대한 디코딩을 수행한다. 디코딩이 완료되면, 각 릴레이는 디코딩한 정보를 가지고 자신을 제외한 나머지 릴레이에 대해 협업 통신을 수행한다. 즉, 모든 릴레이는 디코딩한 정보를 다시 인코딩하여, 제1 프레임에서 도 5b에 도시된 바와 같이 자신을 제외한 나머지 릴레이들 및 목적 노드로 전송한다. 이때, 각 릴레이는 자신에게 할당된 채널 부호에 따라 정보를 전송하는데, 채널 부호는 협업 부호화의 알파 값에 따라 정해지며, 이에 대해서는 이후 더 자세히 설명될 것이다. 본 발명에서 강조하고자 하는 것은 각 릴레이가 디코딩한 정보를 목적 노드로 전송할 때 사용하는 채널 부호를 서로 다르게 적용하며, 이를 통해 네트워크에서의 다이버시티를 구현할 수 있다는 점이다.

다른 릴레이로부터 정보를 수신한 각 릴레이는, 수신한 정보를 성공적으로 디코딩할 수도 있고 디코딩하지 못할 수도 있다. 각 릴레이의 성공적인 디코딩 여부에 따라 기존의 협업 통신의 4가지 경우와 같은 경우의 수가 만들어진다. 일반적인 협업 통신과 본 발명이 제안하는 릴레이에서의 협업 통신이 차별화되는 점은 일반적인 협업 통신은 서로 다른 유저의 서로 다른 정보를 전송하는 것에 관한 것이지만, 본 발명에 따른 릴레이에서의 협업 통신에서는 각 유저간의 협업 통신이 아 니라 릴레이간의 협업 통신이라는 점, 해당하는 릴레이들이 소스로부터 동일한 정보를 수신하고, 수신한 동일한 정보에 대한 잉여 정보를 전송한다는 점, 기존의 방법에서는 어느 한 릴레이가 도 3처럼 다른 릴레이로 일방적인 전송을 수행하였지만 본 발명에 따른 방법에 따르면 송수신을 동시에 수행(협업 통신의 개념)한다는 점이다.

도 5b의 단계에서, 모든 릴레이가 다른 릴레이로부터 수신한 정보의 디코딩에 성공했다면 협업 통신에서 발생하는 4가지 경우 중 제1 경우에 대응하는 이벤트가 발생한다. 하지만 도 4를 통해 설명한 바와 같은 유저 간의 협업 통신의 경우, 모든 유저가 디코딩에 성공하면 상대방 유저에 대한 잉여 정보를 전송하는 구조, 즉 각 유저는 서로 다른 정보를 목적 노드로 전송하는 구조인 것에 비해, 본 발명에 따른 방법에서는 각 릴레이가 디코딩한 정보가 모두 동일하다.

따라서 본 발명에서는, 협업 통신을 릴레이에 적용하여 다이버시티 이득을 얻기 위해서, 각 릴레이가 디코딩에 성공하는 경우 릴레이는 다른 릴레이의 채널 부호를 사용한다. 즉, 같은 정보를 디코딩하지만 디코딩에 성공할 경우 릴레이에서 목적 노드로 향하는 정보에 대한 잉여 정보의 전송에 사용하는 채널 부호는 자신이 아닌 다른 릴레이에 할당되어 있는 채널 부호를 사용한다.

여기서, 채널 부호가 다르다는 것은 협업 통신에서의 알파 값이 서로 상이하다는 것을 의미한다. 알파 값은, 릴레이가 목적 노드로 전송하는 전체 데이터 심볼(data symbol) 중 제1 프레임에 해당하는 데이터 심볼 수의 비율을 나타낸다 (α = N₁/N, 여기서, N은 각 릴레이가 전송하는 전체 데이터 심볼 수, N₁은 제1 프레임의 데이터 심볼 수). 채널 부호에 따라서 알파 값이 변경되는데, 릴레이별로 채널 부호를 달리함으로써 전체적으로 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.

도 5c는 모든 릴레이 노드가 디코딩에 성공한 경우 제2 프레임에서의 동작을 나타낸다.

각 릴레이가 소스 노드(S)로부터 다른 릴레이를 거쳐 수신한 소스 정보에 대한 디코딩에 성공했다면, 상대방 릴레이에게 설정된 채널 부호를 사용하여 소스 정보에 대한 잉여 정보를 생성하고, 이를 소스 노드로 전송하게 된다.

즉, 도 5c에서 릴레이 1(R1)은 소스 노드(S)로부터 릴레이 2(R2)를 거쳐 수신한 소스 정보에 대한 잉여 정보를 릴레이 2에 설정된 채널 부호에 따라 목적 노드(D)로 전송한다. 또한, 릴레이 2(R2)는 소스 노드(S)로부터 릴레이 1(R1)를 거쳐 수신한 소스 정보에 대한 잉여 정보를 릴레이 1에 설정된 채널 부호에 따라 목적 노드(D)로 전송한다. 도 5c에서 릴레이 1(R1)로부터 목적 노드(D)로 전송되는 데이터와 릴레이 2(R2)로부터 목적 노드(D)로 전송되는 데이터를 표시하는 선의 종류를 각각 점선, 중심선으로 다르게 표현한 것은 각 채널의 채널 부호가 달리 적용되었음을 나타내기 위한 것이고, 도 5a, 도 5b와 달리 실선이 아닌 선으로 표시한 것은 잉여 정보가 전송됨을 표시하기 위한 것이다.

도 5c의 경우와는 달리, 디코딩에 성공하지 못한 경우(미도시)에는 제2 프레임에서, 각 릴레이가 상대방 채널 부호를 사용하지 않고 자신이 사용하는 자신 고유의 채널 부호를 사용해 소스(S)로부터 수신한 정보를 목적 노드(D)로 전송하게 된다.

도 6은 본 발명에 따른 네트워크에서의 각 구성요소들에 의한 부호화 협업 전송의 전체적인 동작 순서를 나타낸다.

먼저, 소스 노드가, 소스 노드와 연결되는 모든 릴레이로 소스 정보를 전송한다(S601). 각 릴레이는 소스 노드로부터 수신한 정보를 다른 릴레이 및 목적 노드로 전송한다(S602). 이에 따라 각 릴레이는 다른 릴레이로부터 정보를 수신하고 이를 디코딩한다(S603). 모든 릴레이가 디코딩에 성공한 경우(S604의 예), 각 릴레이는 다른 릴레이의 채널 부호를 이용해 소스 정보를 목적 노드로 전송한다(S605). 모든 릴레이가 디코딩에 성공하지 못한 경우(S604의 아니오)에는, 모든 릴레이가 디코딩에 실패했는지 다시 판단한다(S606). 판단 결과, 모든 릴레이가 디코딩에 실패한 경우(S606의 예), 각 릴레이는 자신의 채널 부호를 이용해 소스 정보를 목적 노드로 전송하고(S607), 그렇지 않은 경우(S606의 아니오)에는, 디코딩에 성공한 릴레이는 다른 릴레이의 채널 부호를, 실패한 릴레이는 자신의 채널 부호를 이용해 소스 정보를 목적 노드로 전송한다(S608).

도 7은 본 발명에 따라 릴레이에서 이루어지는 부호화 협업 전송의 동작 순 서를 나타낸다.

도 7은 도 6의 동작 순서도에서 그 동작 주체의 중심을 릴레이로 집중하여 보다 구체적인 부호화 협업 전송의 동작에 대해 설명하고자 한다.

첫째, 릴레이가 소스 노드로부터 소스 정보를 수신한다(S701). 릴레이는 수신한 소스 정보를 디코딩하고(S702), 디코딩된 정보를 재인코딩하여 다른 릴레이 및 목적 노드로 전송한다(S703). 그리고, 다른 릴레이로부터 수신한 정보를 디코딩한다(S704). 다른 릴레이로부터 수신된 정보의 디코딩에 성공한 경우(S705의 예), 다른 릴레이의 채널 부호를 이용해 잉여 정보를 생성한다(S706). 반면, 다른 릴레이로부터 수신된 정보의 디코딩에 실패한 경우(S705의 아니오)에는, 자신의 채널 부호를 이용해 잉여 정보를 생성한다(S707). 최종적으로, 각 릴레이는 생성된 잉여 정보를 목적 노드로 전송한다(S708).

이상, 도 7에서는 디코딩 및 포워드(decode and forward) 방식의 릴레이를 가정하였다. 관련하여 릴레이 방식에 있어서는, 기본적인 디코딩 및 포워드 외에도 자체-백홀링(self-backhaling) 등이 사용될 수 있고, 디코딩 및 포워드 방식 중에서도 어느 레이어까지 디코딩을 수행할 것이냐에 따라 여러 방식으로 나누어질 수 있으므로, 어떤 릴레이 방식을 사용하는지에 따라 도 7의 동작 흐름이 변경될 수 있음이 이해되어야 할 것이다.

도 8은 본 발명에 적용되는 부호화 협업을 사용하는 경우, 라이시안 페이딩 채널에서의 SNR 대비 아웃티지 확률(outage probability)을 나타내는 그래프이다.

라이시안(Ricean) 채널은 무선채널 환경 중 직접파가 반사파보다 우세한 실내와 같은 환경에 나타나는 무선 수신 채널을 나타낸다. 도 8은 이러한 라이시안 페이딩 채널을 모델로 하여, 협업 기법을 사용하지 않은 경우, 부호화 협업 기법을 사용한 경우, 및 협업 기법의 또 다른 예인 공간-시간 협업 기법을 사용한 경우 각각에 대해, SNR(신호 대 잡음비)의 증가에 따라 아웃티지 확률 값이 어떻게 감소하는지 보여주고 있다. 도 8을 살펴보면, 부호화 협업 기법을 사용한 경우가 SNR 값 전체에 걸쳐 아웃티지 확률이 가장 낮은 특성을 보이는 것을 알 수 있다.

도 9는 본 발명에 적용되는 부호화 협업을 사용하는 경우, 레일리 페이딩 채널에서의 SNR 대비 아웃티지 확률을 나타내는 그래프이다.

레일리(Rayleigh) 채널은, 확률밀도함수(Probability Density Function)가

과 같이 정의되는 분포(여기서, σ는 표준편차)를 가지는 채널 모델이다.

도 9는 이러한 레일리 페이딩 채널을 모델로 하여, 도 8의 경우와 마찬가지로, 협업 기법을 사용하지 않은 경우, 부호화 협업 기법을 사용한 경우, 및 협업 기법의 또 다른 예인 공간-시간 협업 기법을 사용한 경우 각각에 대해, SNR(신호 대 잡음비)의 증가에 따라 아웃티지 확률 값이 어떻게 감소하는지 보여주고 있다. 도 9를 살펴보면, 부호화 협업 기법을 사용한 경우가 부호화 협업 기법을 사용하지 않은 경우보다 SNR 값 전체에 걸쳐 아웃티지 확률이 더 낮게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

도 8 및 도 9의 결과를 통해, 본 발명에 따른 방법에 의해 다이버시티 효과가 극대화되고 전체적인 네트워크의 성능 향상을 도모할 수 있음을 확인할 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 하나의 릴레이를 포함하는 일반적인 통신 네트워크의 개념도.

도 2는 다중 홉 릴레이를 포함하는 일반적인 통신 네트워크의 개념도.

도 3은 릴레이 간 통신을 수행하는 다중 홉 릴레이를 포함하는 일반적인 통신 네트워크의 개념도.

도 4는 본 발명에 적용되는 부호화 협업(Coded Cooperation)의 동작 원리를 나타낸 도면.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따라 협업통신 방법을 릴레이에 적용한 네트워크 데이터 흐름의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 도 5a는 본 발명에 따른 네트워크 동작에서의 프리-프레임(pre-frame)에서의 데이터 흐름을, 도 5b는 본 발명에 따른 네트워크 동작에서의 제1 프레임에서의 부호화 흐름을, 도 5c는 본 발명에 따른 네트워크 동작에서의 제2 프레임에서의 부호화 흐름의 일 실시예를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 네트워크에서의 각 구성요소들에 의한 부호화 협업 전송의 전체적인 동작 순서도.

도 7은 본 발명에 따라 릴레이에서 이루어지는 부호화 협업 전송의 동작 순서도.

도 8은 본 발명에 적용되는 부호화 협업을 사용하는 경우, 라이시안 페이딩 채널에서의 SNR 대비 아웃티지 확률(outage probability)을 나타내는 그래프.

도 9는 본 발명에 적용되는 부호화 협업을 사용하는 경우, 레일리 페이딩 채 널에서의 SNR 대비 아웃티지 확률을 나타내는 그래프.

Claims (19)

1. 소스 노드와 목적 노드 사이의 통신을 중계하는 중계 장치로서,

   상기 소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한 소스 정보를 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 전송하고, 상기 소스 노드로부터 상기 다른 중계 장치를 거쳐 수신된 소스 정보를 디코딩하며, 상기 다른 중계 장치로부터 수신된 정보의 디코딩에 성공한 경우 다른 중계 장치의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보에 관한 잉여 정보를 생성하고, 상기 다른 중계 장치로부터 수신된 정보의 디코딩에 실패한 경우 상기 중계 장치는 자신의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보에 관한 상기 잉여 정보를 생성하여, 상기 목적 노드로 전송하는 중계 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 잉여 정보는,

   상기 소스 정보에 대한 패리티 비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한 소스 정보를 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 전송함에 있어 사용하는 채널 부호는, 상기 적어도 하나의 다른 중계 장치가 사용하는 채널 부호와는 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는, 중계 장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,

   상기 중계 장치는,

   제1 프레임에 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 상기 소스 정보를 전송하고, 제2 프레임에 상기 적어도 하나의 다른 중계 장치로부터 수신한 상기 소스 정보에 대한 잉여 정보를 상기 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 협업 통신을 적용하여, 상기 소스 노드로부터 상기 목적 노드로 정보를 전송하는, 중계 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 채널 부호는, 상기 중계 장치가 상기 목적 노드로 전송하는 전체 데이터 심볼(data symbol) 중 상기 제1 프레임에 해당하는 데이터 심볼 수의 비율에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는, 중계 장치.
8. 청구항 1 또는 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,

   상기 중계 장치는 릴레이(relay)인 것을 특징으로 하는 중계 장치.
9. 소스 노드와 목적 노드 사이에 배치된 중계 장치의 통신 방법으로서,

   상기 소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한 소스 정보를 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 전송하는 단계;

   상기 소스 노드로부터 상기 다른 중계 장치를 거쳐 수신된 소스 정보를 디코딩하는 단계;

   상기 다른 중계 장치로부터 수신된 정보의 디코딩에 성공한 경우 다른 중계 장치의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보에 관한 잉여 정보를 생성하고, 상기 다른 중계 장치로부터 수신된 정보의 디코딩에 실패한 경우 자신의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보에 관한 상기 잉여 정보를 생성하는 단계; 및

   상기 잉여 정보를 상기 목적 노드로 전송하는 단계를 포함하는, 중계 장치의 통신 방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 청구항 9에 있어서,

    상기 잉여 정보는,

    상기 소스 정보에 대한 패리티 비트를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 장치의 통신 방법.
13. 청구항 9에 있어서,

    상기 소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한 소스 정보를 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 전송하는 단계에서 사용하는 채널 부호는, 상기 적어도 하나의 다른 중계 장치가 사용하는 채널 부호와는 다르게 설정된 것을 특징으로 하는, 중계 장치의 통신 방법.
14. 청구항 9 또는 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,

    상기 소스 노드로부터 직접 경로를 통해 수신한 소스 정보를 상기 목적 노드 및 적어도 하나의 다른 중계 장치로 전송하는 단계는, 상기 중계 장치 및 상기 목적 노드 간 통신의 제1 프레임을 통해 이루어지도록 하고, 상기 잉여 정보를 상기 목적 노드로 전송하는 단계는 상기 중계 장치 및 상기 목적 노드 간 통신의 제2 프레임을 통해 이루어지도록 하여 협업 통신을 구현하는, 중계 장치의 통신 방법.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 채널 부호는, 상기 중계 장치가 상기 목적 노드로 전송하는 전체 데이터 심볼 중 상기 제1 프레임에 해당하는 데이터 심볼 수의 비율에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는, 중계 장치의 통신 방법.
16. 소스 노드가 연결되는 모든 중계 장치로 소스 정보를 전송하는 단계;

    상기 소스 정보를 수신한 각 중계 장치가 제1 프레임에 자신을 제외한 다른 모든 중계 장치 및 목적 노드로 상기 소스 정보를 전송하는 단계;

    각 중계 장치가 다른 중계 장치로부터 수신한 정보를 디코딩하는 단계; 및

    각 중계 장치가, 상기 다른 중계 장치로부터 수신한 정보의 디코딩 성공 여부에 따라 채널 부호를 결정하고, 결정된 채널 부호를 이용해 제2 프레임에 상기 소스 정보에 대한 잉여 정보를 목적 노드로 전송하는 단계를 포함하는 중계 장치를 이용한 통신 방법.
17. 청구항 16에 있어서,

    상기 소스 정보에 대한 잉여 정보를 목적 노드로 전송하는 단계는,

    상기 디코딩에 성공한 경우, 각 중계 장치는 다른 중계 장치의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보를 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는, 중계 장치를 이용한 통신 방법.
18. 청구항 16에 있어서,

    상기 소스 정보에 대한 잉여 정보를 목적 노드로 전송하는 단계는,

    상기 디코딩에 실패한 경우, 각 중계 장치는 자신의 채널 부호를 이용해 상기 소스 정보를 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는, 중계 장치를 이용한 통신 방법.
19. 청구항 16에 있어서,

    상기 채널 부호는, 상기 중계 장치가 상기 목적 노드로 전송하는 전체 데이터 심볼 중 상기 제1 프레임에 해당하는 데이터 심볼 수의 비율에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는, 중계 장치를 이용한 통신 방법.

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