KR101205774B1 - 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법 및 시스템 - Google Patents

업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법 및 시스템이 제공된다. 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법에 따르면, 소스노드가 정보 OFDM 심볼을 편파화(polarization)하고, 소스노드가 편파된 정보 OFDM 심볼을 적어도 2개의 릴레이 노드로 브로드캐스트하며, 적어도 2개의 릴레이 노드가 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송할 수 있게 되어, 단순한 다이버서티의 릴레이 네트워크를 제공할 수 있게 된다

Description

업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법 및 시스템 {Method for providing up-down polar relay network and system applying to the same}
본 발명은 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 8개의 안테나를 포함하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법 및 시스템에 관한 것이다.
실제로, 멀티플 채널의 편파는 아주 흔한 현상이다. 따라서, 어떤 방식(arrangements)에 따라 적절한 밀도로 몇개의 채널이 합성되는 한, 멀티플 채널의 편파를 피하는 것은 불가능하다. 채널 편파는 신호 시퀀스 변환, 데이터 처리, 신호 처리 및 코딩 이론이 적용되는 수많은 실제 장치에서 발생한다.
채널 편파(channel polarization)는 BP(Belief Progation) 디코더들을 포함하는 provably capacity-achiving coding sequence의 구성에서도 나타난다. 이에 따라, multi-fole binary-input discrete memoryless channel을 제공할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 소스노드가 정보 OFDM 심볼을 편파화(polarization)하고, 소스노드가 편파된 정보 OFDM 심볼을 적어도 2개의 릴레이 노드로 브로드캐스트하며, 적어도 2개의 릴레이 노드가 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 소스노드, 적어도 2개의 릴레이 노드, 및 목적지 노드를 포함하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크(up-down polar relay network) 제공방법은, 소스노드가 정보 OFDM 심볼을 편파화(polarization) 단계; 소스노드가 편파된 정보 OFDM 심볼을 적어도 2개의 릴레이 노드로 브로드캐스트하는 단계; 및 상기 적어도 2개의 릴레이 노드가 상기 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송하는 단계;를 포함한다.
그리고, 상기 전송단계는, 상기 적어도 2개의 릴레이 노드에 수신된 상기 정보 OFDM 심볼을 SIC(Successive Iterative Cancellation) 디코더를 이용하여 디코딩하는 단계; 및 상기 디코딩된 정보 OFDM 심볼을 상기 목적지 노드로 전송하는 단계;를 포함할 수도 있다.
또한, 상기 전송단계는, 상기 소스노드가 브로드캐스팅을 멈춘 상태에서 수행될 수도 있다.
그리고, 상기 적어도 2개의 릴레이 노드는, 8 by 8 폴라 코드 스위칭 안테나(polar code switching antenna)가 적용될 수도 있다.
또한, 상기 적어도 2개의 릴레이 노드가 8 by 8 업-다운 폴라 릴레이 시스템(up-down polar relay system)을 이용하여 상기 수신된 OFDM 심볼을 처리하는 단계;를 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른, 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 시스템은 정보 OFDM 심볼을 편파화(polarization)하고, 편파된 정보 OFDM 심볼을 브로드캐스트하는 소스 노드; 및 상기 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송하는 적어도 2개의 릴레이 노드;를 포함한다.
또한, 상기 적어도 2개의 릴레이 노드에 수신된 상기 정보 OFDM 심볼을 디코딩하는 SIC(Successive Iterative Cancellation) 디코더; 를 더 포함하고, 상기 적어도 2개의 릴레이 노드는, 상기 디코딩된 정보 OFDM 심볼을 상기 목적지 노드로 전송할 수도 있다.
그리고, 상기 적어도 2개의 릴레이 노드는, 상기 소스노드가 브로드캐스팅을 멈춘 상태인 동안, 상기 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송할 수도 있다.
또한, 상기 적어도 2개의 릴레이 노드는, 8 by 8 폴라 코드 스위칭 안테나(polar code switching antenna)가 적용될 수도 있다.
그리고, 상기 적어도 2개의 릴레이 노드는, 8 by 8 업-다운 폴라 릴레이 시스템(up-down polar relay system)을 이용하여 상기 수신된 OFDM 심볼을 처리할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 소스노드가 정보 OFDM 심볼을 편파화(polarization)하고, 소스노드가 편파된 정보 OFDM 심볼을 적어도 2개의 릴레이 노드로 브로드캐스트하며, 적어도 2개의 릴레이 노드가 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법 및 시스템을 제공할 수 있게 되어, 단순한 다이버서티의 릴레이 네트워크를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 폴라라이징 릴레이 네트워크에 대한 Bhattacharyya 파라미터의 트리 프로세스를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, FSF 채널에 대한 OFDM 폴라라이징에 기초한 폴라 MIMO-OFDM 릴레이 시스템에 대한 그래프를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법을 제공하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 실시예에서는 제너레이터 매트릭스(generator matrix) Q8을 이용한 FSF(frequency selective fading)을 위한 Arikan's channel polarization(편파)에서 착안된 reliable 8 by 8 업다운 스위칭 폴라 릴레이 코드가 적용된다. 본 실시예에 따른 스킴(scheme)에서, 폴라 인코더(polar encoder)와 OFDM 모듈레이터(modulator)는 소스 노드와 릴레이 노드의 기능을 순차적으로 수행하게 되고, time reversion 및 complex conjugation 연산이 각 릴레이 노드에 별개로 수행되며, SIC(Successive interference cancellation) 디코더가 CP(Cyclic Prefix) removal과 함께 목적지 노드(destination node)의 기능을 하게 된다. 이 방법을 이용함으로써, 정보 비트(information bit)가 포함된 switching state polar code에 기초하여 최대 diversity gain을 달성할 수 있게 된다. 각 중계 노드에 대해, 노이즈 신호(noisy signal)를 디코딩하는 것을 고려할 필요 없이, 부분 신호를 선택 및 재전송하기 위한 단순한 처리 연산(processing operation)만을 필요로 하게 된다. 시뮬레이션은 본 실시예에 따른 스킴이 기존의 릴레이 스킴(relay scheme)들보다 높은 신뢰도(reliablity)의 전송을 위한 대체 솔루션을 제공할 수 있다는 점을 보여주고 있다.
I. Introduction
채널 편파(channel polarization)는 BP(Belief Progation) 디코더들을 포함하는 provably capacity-achiving coding sequence의 구성을 보여준다. 본 실시예에서는 multi-fole binary-input discrete memoryless channel을 위한 목적을 달성하기 위한 시도가 제공된다. 여기에서, channel combining 및 splitting 연산(operation)은 그것들의 대칭 커패시티(capacity)를 향상하기 위해 적용된다.
따라서, 본 실시예에서는 8 by 8 up-down polar relay system에서 얻어진 잠재적 BER(Bit Error Rate) 퍼포먼스를 확인하기 위한 분석적 프레임워크(frame work)를 수립한다. 본 실시예에서는 특정 채널 combining 및 splitting 연산(operation)에 의해 편파되는데 이용되는 편파 릴레이 채널(polarizing relay channel)을 위해 많은 수의 안테나들이 장착된다는 것 때문에, 연속적인 상쇄 디코딩(cancellation decoding)의 낮은 계산 복잡도 하에서 대칭 커패시티(symmetric capacity)를 증가시킬 수 있게 된다.
반면, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 시스템은 페이딩 채널(fading channel)을 통해 높은 데이터율과 높은 신뢰도를 가진 통신을 제공할 수 있다. 본 실시예에서는 8 by 8 폴라 코드 스위칭 안테나(polar code switching antenna)를 릴레이 시스템에 적용한다. 최대 다이버서티(diversity)를 위해 적절한 공간 시간 블럭 코드(space time block code)와 결합한 안테나 상태-스위칭 스킴(Antenna state-switching scheme)은 최대 다이버서티를 얻기 위한 폴라 코드에 따라 8 안테나 up-down 상태 스위칭을 한다.
이하에서는 다음과 같은 순서로 설명을 진행한다. 섹션 II에서, state switching Up-Down polar Relay System과 소스와 각 릴레이의 캐패시티(capacity)에 대해 설명한다. 섹션 III에서는 successive cancellation 구조를 이용함으로써 up-down polar relay channel에 대한 단순한 폴라 릴레이 스킴의 디자인에 대해 시스템적으로 디코드해본다. 일부 시뮬레이션 결과는 본 실시예에 따른 폴라 릴레이 시스템의 BER 퍼포먼스와 로버스트니스(robustness)를 보여주기 위해 제공된다. 마지막으로, 섹션 IV에서는 결론을 설명한다.
II. Channel Polarization : Up-Down Polar Relay System
본 실시예에서는 N개의 서브 캐리어(subcarrer)를 가진 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조에 기초한 무선 시스템 하에 있는 것으로 가정하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 시스템은 하나의 소스 노드 S (110), 2개의 릴레이 노드 {R1, R2} (120, 125), SIC 디코더(130), 및 하나의 목적지 노드 D (140)를 포함한다.
소스노드 S (110)는 정보 OFDM 심볼을 편파화(polarization)하고, 편파된 정보 OFDM 심볼을 브로드캐스트한다. 그리고, 적어도 2개의 릴레이 노드 {R1, R2} (120, 125)는 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드(140)로 전송한다.
이 때, SIC 디코더(130)는 적어도 2개의 릴레이 노드에 수신된 상기 정보 OFDM 심볼을 디코딩한다. 그리고, 적어도 2개의 릴레이 노드{R1, R2] (120, 125)는디코딩된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드 D(140)로 전송한다.
그리고, 적어도 2개의 릴레이 노드 {R1, R2} (120, 125)는 소스노드 S(110)가 브로드캐스팅을 멈춘 상태인 동안, 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송한다.
또한, 적어도 2개의 릴레이 노드 {R1, R2} (120, 125)는 8 by 8 폴라 코드 스위칭 안테나(polar code switching antenna)가 적용된다. 그리고, 적어도 2개의 릴레이 노드{R1, R2} (120, 125)는 8 by 8 업-다운 폴라 릴레이 시스템(up-down polar relay system)을 이용하여 수신된 OFDM 심볼을 처리한다.
소스노드 S, 릴레이 노드 R, 목적지 노드D의 안테나의 수는 각각 Ns, Nr, Nd이다. 본 실시예에서는 Ns개의 OFDM 심볼이 Ns = 2n으로 전송되는 경우를 고려한다. 릴레이 동기화 에러를 완화시킬 수 있는 폴라 릴레이 스킴(polar relay scheme)의 디자인이 고려된다. 각 릴레이 노드 R1, R2는 독립적이고 정확하게 OFDM 심볼들을 처리할 수 있다고 가정한다. 소스 노드 S의 평균 전송 파워는 pt이다. 본 실시예에서, Ns=Nr=Nd=1이라고 가정한다. 하지만 이는 한가지 실시예에 불과하며 각 노드에 복수개의 안테나를 포함하는 멀티플 안테나가 장착된 경우에도 적용될 수 있음은 물론이다. 릴레이 스킴은 S와 R이 동시에 송신 및 수신하지 않는 half-duplex이다. Ns 독립 OFDM 심볼은 2개의 단계를 거쳐 소스 노드 S로부터 목적지 노드 D로 동시에 전송된다. 첫번째 단계에서, 초기 신호 OFDM 심볼은 소스노드 S로부터 각 릴레이 노드 R1,R2로 편파되어 전송된다. 두번째 단계에서, 각 릴레이 노드 R1, R2는 소스 노드가 신호를 전송하지 않는 상태인 동안 소스 노드 S로부터 수신된 신호(또는 부분 신호) 벡터를 목적지 노드 D로 포워드(foward)한다. 또한 본 실시예에서는 전송 안테나와 수신 안테나 쌍 사이의 싱글 링크(single link)가 quasi-static을 거치고 특정 블럭들이 변화하지 않은 상태인 L independent propagation 에 따른 주파수 선택 레일리 페이딩(frequency selective Rayleigh fading)인 것으로 가정한다. 소스 노드 S로부터 릴레이 노드 R1, R2까지의 페이딩 계수(fading coefficient)는 hSRk = φk로 표시하고, 릴레이 노드 R1, R2로부터 목적지 노드 D까지의 페이딩 계수(fading coefficient)는 hRkD = κk로 표시한다. 또한, 각각의 릴레이 노드 R1, R2의 한번 전송에 소비되는 평균 전력을 pr로 표시한다. 전체 네트워크 파워의 한계는 p=pt+2pr이다. 또한, 아래와 같은 공식에 의해 전력 할당 정책(Power allocation strategy)이 적용된다.
[수학식 1]
Figure 112011048802479-pat00001

Figure 112011048802479-pat00002
로 표시되는 이와 같은 채널 모델은 소스 노드 S와 릴레이 노드 R의 사이에서 생성되고,
Figure 112011048802479-pat00003
는 R과 D 사이에서 생성된다. H와 K의 구성들은 independent이고 분포
Figure 112011048802479-pat00004
에 따르는 identically distributed (i.i.d)인 것으로 가정한다.
이 시스템은 2개의 단계(phase)가 존재한다. 단계 1에서는, 소스 노드가 편파된 정보 OFDM 심볼을 소스노드 S로부터 각 릴레이 노드 R1, R2로 브로드캐스트한다. 단계 2에서는, S가 전송을 멈춘다. 그리고, 각 릴레이 노드 R1, R2는 수신된 OFDM 심볼들을 처리하고 처리된 심볼들을 목적지 노드 D로 동시에 재전송한다.
A. Up-Down state switching polarzing cooperative Relay System
소스노드 S에서 전송된 정보는 복소수 심볼 xij로 변조된다. 그리고, 그 후에 블럭과 같은 각 N개의 변조된 심볼들은 N개의 서브 캐리어를 가진 OFDM 변조기로 입력된다. 여기에서, 4개의 consecutive OFDM 블럭은
Figure 112011048802479-pat00005
로 표시된다. 또한, 계산을 위해 다음과 같은 공식을 정의한다.
Figure 112011048802479-pat00006

첫번째 타임 슬롯 내에서, 8개의 consecutive OFDM 블럭들은 소스 노드 S에서 up polarizing 8*8 matrix Q8을 처리하게 된다. 즉, 다음의 식과 같이 처리한다.
[수학식 2]
Figure 112011048802479-pat00007
여기에서,
Figure 112011048802479-pat00008
는 4개의 OFDM 블럭에 대응되는 사이즈 N*8의 polarized matrix를 나타내고,
Figure 112011048802479-pat00009
는 4개의 OFDM 블럭에 대응되는 사이즈 N*8의 single matrix를 나타낸다.
Q8에 대해서는 아래와 같다.
Figure 112011048802479-pat00010
Figure 112011048802479-pat00011
다음은 업 스위치를 나타낸다.
Figure 112011048802479-pat00012
다운 스위치는 상기 매트릭스를 transpose하면 다음과 같이 산출된다.
Figure 112011048802479-pat00013
그러면, 등가(equivalent) up polarization channel은 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00014
그리고, down polarization channel은 상기 매트릭스를 transpose하여 구할 수 다음과 같이 구할 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00015
그 다음, 수신된 OFDM 심볼은 N-point FFT에 의해 변환된다. 상술한 바와 같이, 타이밍 에러때문에 릴레이 노드 R2로부터 수신된 OFDM 심볼은 릴레이 노드 R1으로부터 수신된 OFDM 심볼보다 τsd2 샘플만큼 늦게 목적지 노드 에 도착한다. lcp는 충분히 길기 때문에, 서브캐리어들 사이의 orthogonality는 여전히 유지될 수 있다. 시간 도메인의 딜레이 τsd2 은 주파수 도메인에서의 위상 변화에 대응된다. 즉, 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00016
Figure 112011048802479-pat00017
마찬가지로, 시간 도메인에서 τ1' 샘플의 변화(shift)는 위상 변화
Figure 112011048802479-pat00018
에 대응된다. 그리고, 총 위상 변화는
Figure 112011048802479-pat00019
이다.
CP removal 및 FFT 변환 후에 목적지 노드 D의 4개의 연속된 OFDM 블럭을 위해 수신된 신호들은 아래와 같이 표시된다.
Figure 112011048802479-pat00020
Figure 112011048802479-pat00021
결론적으로, 아래와 같은 최종 값을 산출할 수 있게 된다.
[수학식 3]
Figure 112011048802479-pat00022
N*1 포인트 벡터 x에 대한 FFT 변환의 성질에 따라, (FFT(x))* = IFFT(x*)이고,
Figure 112011048802479-pat00023
이다. 따라서, 상기 수학식 3은 아래와 같은 각 서브 캐리어
Figure 112011048802479-pat00024
에 대한 폴라 코드 형태로 산출될 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00025
여기에서,
Figure 112011048802479-pat00026
이고, HI와 HF는 정보 생성 매트릭스(inforamtion generator matrix)와 프로즌 생성 매트릭스(frozen generator matrix)를 나타낸다.
e0와 e는 편파된 노이즈(polarized noises)로 다음과 같이 표현된다.
Figure 112011048802479-pat00027
Figure 112011048802479-pat00028
여기에서,
Figure 112011048802479-pat00029
,
Figure 112011048802479-pat00030
는
Figure 112011048802479-pat00031
의
Figure 112011048802479-pat00032
번째 요소(element),
Figure 112011048802479-pat00033
는
Figure 112011048802479-pat00034
의
Figure 112011048802479-pat00035
번째 요소(element),
Figure 112011048802479-pat00036
는
Figure 112011048802479-pat00037
의
Figure 112011048802479-pat00038
번째 요소(element),
Figure 112011048802479-pat00039
는
Figure 112011048802479-pat00040
의
Figure 112011048802479-pat00041
번째 요소(element)를 나타내고,
Figure 112011048802479-pat00042
이다.
B. 릴레이 네트워크 내에서의 8 안테나 폴라 코드의 채널 캐패시티(capacity)
지금부터는, 폴라 릴레이 네트워크의 캐패시티를 고려한다. 채널 상태 정보가 완벽한 것으로 가정하면, up-down 폴라 채널의 채널 캐패시티를 얻을 수 있다. 채널 캐패시티는 다음과 같은 조건을 만족하게 된다.
Figure 112011048802479-pat00043
여기에서,
Figure 112011048802479-pat00044
는 Bhattacharyya 파라미터이며 다음과 같이 주어진다.
Figure 112011048802479-pat00045
다음으로, Bhattacharyya 파라미터 벡터에 기초하여 전송 확률
Figure 112011048802479-pat00046
의 OFDM 채널의 서브 캐리어의 신뢰도(reliability)와 up-down 가능성(feasibility)을 분석한다. .
Figure 112011048802479-pat00047
이는 도 2에 도시된 바와 같은 Bhattacharyya 파라미터로부터 계산된다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 폴라라이징 릴레이 네트워크에 대한 Bhattacharyya 파라미터의 트리 프로세스를 도시한 도면이다.
도 2에 기초하여, Bhattacharyya 파라미터와 같은 입력 확률을 얻을 수 있게 된다.
Figure 112011048802479-pat00048
와 같은 확률이 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 릴레이 1의 모든 안테나에 입력된다. 폴라리제이션(polarization) 후에, 출력에서 아래와 같이 4개의 정보 비트를 선택한다.
[수학식 4]
Figure 112011048802479-pat00049
뮤추얼 정보(mutual information)은 다음과 같이 표시된다.
Figure 112011048802479-pat00050
또는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00051
본 실시예에는 두개의 릴레이에서 에러가 발생하지 않는다고 가정한다. 즉,
Figure 112011048802479-pat00052
는 0인 것으로 가정한다. 그 후에, 아래와 같이 p = 1/8을 대입하여 프로즌 비트(frozen bit)의 미분값이 산출될 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00053
그리고, 수학식 4를 이용하여, 뮤추얼 정보의 값을 아래와 같이 산출할 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00054
따라서, 최대 캐패시티는 다음과 같이 산출된다.
Figure 112011048802479-pat00055

III. 폴라 릴레이 시스템의 디코딩(Decoding of the polar relay system)
소스 노드 S의 전송 안테나 각 쌍과 릴레이 노드 Rk의 수신 안테나로부터 릴레이 채널 H의 모든 싱글 링크와, 목적지 노드 D에 릴레이 노드 Rk로부터 채널 K를 고려한다. 여기에서, H와 K는 zero-mean과 unit-variance를 가지는 independent complex Gaussian random variable이다. W로 표시되는 각각의 싱글 링크 채널은 전송 확률
Figure 112011048802479-pat00056
를 가진다. 무선 네트워크의 신뢰도를 측정하는 유용한 방법으로써, 기존의 채널 파라미터인 대칭 캐패시티(symmetric capacity) I(W)가 일부의 변조와 함께 존재한다. 파라미터 I(W)는 신뢰할 수 있는 통신이 동일한 확률의 입력을 이용하여 산출 가능한 가장 높은 확률이다.
다운 편파 시스템(down-polarizing system)의 SIC(Successive iterative cancellation) 디코더는 y를 관측하고 x에 대한 추정치인
Figure 112011048802479-pat00057
를 생성한다. 4개의 결정 요소(decision element), 소스 엘리먼트(element) xi에 대한 각각의 요소
Figure 112011048802479-pat00058
,
Figure 112011048802479-pat00059
로 구성된 디코더는 비주얼화 될 수도 있다.
폴라 릴레이 시스템(polar relay system)의 디폴라라이징 알고리즘(depolarizing algorithm)은 다운 폴라라이징(down-polarizing) 시스템을 위한
Figure 112011048802479-pat00060
결정 요소
Figure 112011048802479-pat00061
에서 시작한다. 이는 모든 이전 결정 요소인
Figure 112011048802479-pat00062
이 수신될때까지 기다린다. 그리고, 수신이 완료되면, 디폴라라이징 알고리즘은 LR(Likelihood Ratio)인
Figure 112011048802479-pat00063
를 아래와 같이 산출한다.
Figure 112011048802479-pat00064
그리고, 이에 대한 결정요소는 다음과 같다.
Figure 112011048802479-pat00065
그 후에, 결정 요소는
Figure 112011048802479-pat00066
로 이어진다. 디코딩 알고리즘의 복잡도(complexity)는 LR의 계산에 대한 복잡도에 의해 결정된다. 여기에서, LR은 한번 계산되는데
Figure 112011048802479-pat00067
가 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, FSF 채널에 대한 OFDM 폴라라이징에 기초한 폴라 MIMO-OFDM 릴레이 시스템에 대한 그래프를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, Li-Xia ML decoding MIMO-OFDM 시스템과 비교하여, 본 실시예에서는 8 안테나 up-down polar coding에서 1dB의 coding gain을 얻을 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 스킴에 따르면 복잡도는 매우 감소된다.
IV. 결론
본 실시예에서, 2개의 폴라라이징(polarizing) 시스템 및 up-down polarizing 시스템을 가지는 8 안테나 폴라 릴레이 스위칭 시스템에 기초한 coopertive relay scheme의 간단한 디자인을 구현하였다. 소스 폴라라이징 및 릴레이 폴라라이징 시퀀스(sequence)를 포함하는 폴라라이징 시스템 각각에는 2개의 폴라 코딩 프로세스가 존재한다. 본 폴라라이징 릴레이 시스템은 핵심적인 리커시브니스(recursiveness) 특징이 존재하고, 논리적으로 다루기 쉬운 스킴(scheme)에 랜더링되고 멀티플 안테나에 장착되더라고 낮은 복잡도의 코딩 알고리즘을 제공하는 SIC 디코더를 이용하여 디코딩될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 폴라라이징 채널을 이용하는 고정된 사이즈의 STF(Space Time Coding) 코드에 기초한 각 시스템들의 BER 퍼포먼스와 다이버서티(diversity)를 분석할 수 있다. 여기에서 폴라라이징 채널은 특정 채널의 combining 및 splitting 연산 하에 신뢰도를 증가시키기 위해 편파화(polarize)된다. 시뮬레이션은, 본 실시예에 따른 폴라 릴레이 시스템이 STF 코드의 BER 퍼포먼스와 유사한 퍼코먼스를 가지지만, 디폴라라이징 알고리즘(depolarizing algorithm)이 수신기에 적용될 때 높은 전송 전력을 위한 BER 퍼포먼스에 관하여 STF 코드를 뛰어 넘는다는 점을 나타내 주고 있다.
APPENDIX
A. up-down 스위칭 분석
GF(2)의 2차 매트릭스는 아래와 같다.
Figure 112011048802479-pat00068
이와 같은 성질은 쉽게 확인할 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00069
또한, 아래와 같은 점도 확인할 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00070
또한, 아래와 같은 식이 성립하게 된다.
Figure 112011048802479-pat00071
이제, 정해진 서브 매트릭스 α 및 β에 기초하여, 4 by 4 폴라 매트릭스를 아래와 같이 표시할 수 있다.
Figure 112011048802479-pat00072
그리고, 아래와 같은 식이 성립한다.
Figure 112011048802479-pat00073
Figure 112011048802479-pat00074
생성 매트릭스(generator matrix) QN, N=2n은 아래와 같다.
Figure 112011048802479-pat00075
예를 들어, N=22인 경우,
Figure 112011048802479-pat00076
이다.
그리고, N=23인 경우,
Figure 112011048802479-pat00077
가 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법을 제공하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
소스노드는 입력된 정보 OFDM 심볼을 편파화(polarization)한다(S410). 그리고, 소스노드는 편파된 정보 OFDM 심볼을 적어도 2개의 릴레이 노드로 브로드캐스트한다(S420).
그 후에, 적어도 2개의 릴레이 노드는 수신된 정보 OFDM 심볼을 SIC(Successive Iterative Cancellation) 디코더를 이용하여 디코딩한다(S430). 그리고, 소스노드가 브로드캐스팅을 멈춘 상태에서, 적어도 2개의 릴레이 노드는 디코딩된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송한다(S440).
이 때, 적어도 2개의 릴레이 노드는 8 by 8 폴라 코드 스위칭 안테나(polar code switching antenna)가 적용된다. 그리고, 적어도 2개의 릴레이 노드가 8 by 8 업-다운 폴라 릴레이 시스템(up-down polar relay system)을 이용하여 수신된 OFDM 심볼을 처리한다.
한편, 본 실시예에 따른 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
110 : 소스노드 120, 125 : 적어도 두개의 릴레이 노드
130 : SIC 디코더 140 : 목적지 노드

Claims (10)

  1. 소스노드, 적어도 2개의 릴레이 노드, 및 목적지 노드를 포함하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크(up-down polar relay network) 제공방법에 있어서,
    소스노드가 정보 OFDM 심볼을 편파화(polarization) 단계;
    소스노드가 편파된 정보 OFDM 심볼을 적어도 2개의 릴레이 노드로 브로드캐스트하는 단계;
    상기 적어도 2개의 릴레이 노드가 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송하는 단계;를 포함하고,
    상기 전송단계는,
    상기 적어도 2개의 릴레이 노드에 수신된 상기 정보 OFDM 심볼을 SIC(Successive Iterative Cancellation) 디코더를 이용하여 디코딩하는 단계; 및
    디코딩된 상기 정보 OFDM 심볼을 상기 목적지 노드로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전송단계는,
    상기 소스노드가 브로드캐스팅을 멈춘 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 릴레이 노드는,
    8 by 8 폴라 코드 스위칭 안테나(polar code switching antenna)가 적용된 것을 특징으로 하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 릴레이 노드가 8 by 8 업-다운 폴라 릴레이 시스템(up-down polar relay system)을 이용하여 수신된 상기 정보 OFDM 심볼을 처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 제공방법.
  6. 정보 OFDM 심볼을 편파화(polarization)하고, 편파된 정보 OFDM 심볼을 브로드캐스트하는 소스 노드;
    수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송하는 적어도 2개의 릴레이 노드; 및
    상기 적어도 2개의 릴레이 노드에 수신된 상기 정보 OFDM 심볼을 디코딩하는 SIC(Successive Iterative Cancellation) 디코더;를 포함하고,
    상기 적어도 2개의 릴레이 노드는,
    디코딩된 상기 정보 OFDM 심볼을 상기 목적지 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 시스템.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 릴레이 노드는,
    상기 소스노드가 브로드캐스팅을 멈춘 상태인 동안, 상기 수신된 정보 OFDM 심볼을 목적지 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 릴레이 노드는,
    8 by 8 폴라 코드 스위칭 안테나(polar code switching antenna)가 적용된 것을 특징으로 하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 릴레이 노드는,
    8 by 8 업-다운 폴라 릴레이 시스템(up-down polar relay system)을 이용하여 수신된 상기 정보 OFDM 심볼을 처리하는 것을 특징으로 하는 업-다운 폴라 릴레이 네트워크 시스템.
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