KR101210344B1 - 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법 - Google Patents

좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법 Download PDF

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Abstract

가상적인 MIMO 채널을 구성하는 릴레이 네트워크에서 채널 행렬에 대한 좌표 회전 처리를 수행함으로써 full diversity gain을 얻을 수 있도록 하는 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법을 개시한다. 좌표 회전 릴레이 시스템은, 릴레이 네트워크의 소스에서 송신되는 심볼을 병렬로 구성하여 심볼 행렬을 작성하는 행렬 작성 수단, 및 상기 작성된 심볼 행렬에 좌표 회전 행렬을 부가하여, 상기 심볼 행렬 내 심볼을 좌표 회전시키는 좌표 회전 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
RELAY, 가상 MIMO, 좌표 회전, 다이버시티

Description

좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법{CONSTELLATION ROTATION RELAY SYSTEM AND CONSTELLATION ROTATION RELAY METHOD}
도 1은 릴레이 네트워크에서 적용되는 프로토콜의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 좌표 회전 릴레이 시스템의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 행렬 작성 수단의 행렬 작성 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 좌표 회전 릴레이 방법을 구체적으로 도시한 작업 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 좌표 회전 릴레이 방법을 도시한 작업 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200 : 좌표 회전 릴레이 시스템
210 : 행렬 작성 수단
220 : 좌표 회전 수단
본 발명은 가상적인 MIMO 채널을 구성하는 릴레이 네트워크에서 채널 행렬에 대한 좌표 회전 처리를 수행함으로써 full diversity gain을 얻을 수 있도록 하는 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법에 관한 것이다.
릴레이 네트워크는 음영 지역의 통신을 원활히 하고 서비스가 가능한 셀 커버리지를 확장하기 위한 것으로, 릴레이와의 협력(cooperation)을 통해 기지국과 이동국 간의 통신 성능의 향상을 도모한다.
도 1은 릴레이 네트워크에서 적용되는 프로토콜의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에서와 같이, 통상적인 릴레이 네트워크에서 제안된 프로토콜은 MIMO(Multiple input multiple output), SIMO(Single input multiple output), MISO(Multiple input Single output) 등이 있을 수 있다.
도 1 에서 S, R, D 는 각각 소스, 릴레이, 데스티네이션을 나타내고 점선은 서로 다른 심볼을 전송함을 의미한다.
도 1의 ⅰ)은 프로토콜 MIMO에 관한 것으로, 첫번째 타임 슬롯에서 소스는 릴레이와 데스티네이션으로 첫번째 심볼을 전송한다. 또한, 두번째 타임 슬롯에서 소스는 데스티네이션으로 두번째 심볼을 전송하고, 릴레이는 첫번째 타임 슬롯에서 수신한 심볼을 Amplify-and-Forward (AF) 혹은 Decode-and-Forward (DF) 방식을 적용하여 데스티네이션으로 전송한다. 여기서, AF 방식은 릴레이가 수신한 심볼을 단순히 전력 증폭하여 재전송하는 방식이고, DF 방식은 심볼에 대해 복호(복조) 및 재부호(재변조)를 수행하여 재전송하는 방식이다.
도 1의 ⅱ)는 프로토콜 SIMO에 관한 것으로, 첫번째 타임 슬롯에서의 동작은 프로토콜 MIMO와 동일하지만, 두번째 타임 슬롯에서 소스는 동작하지 않는 대신 릴레이는 프로토콜 MIMO와 동일하게 동작한다.
도 1의 ⅲ)는 프로토콜 MISO에 관한 것으로, 첫번째 타임 슬롯에서 소스는 릴레이로 첫번째 심볼을 전송하고, 두번째 타임 슬롯에서 소스는 첫번째 심볼을 재전송하며 릴레이는 첫번째 타임 슬롯에서 수신한 심볼을 AF 혹은 DF 방식을 적용하여 데스티네이션으로 전송한다.
도 1 에서 알 수 있듯이 프로토콜 MIMO은 프로토콜 SIMO, 프로토콜 MISO에 비해 데이터 전송률이 2 배 높은 장점을 갖는다.
Figure 112006065182732-pat00001
수학식 1은 DF 방식을 사용하는 프로토콜 MIMO에 대한 릴레이와 데스티네이션에서의 입출력 관계를 나타낸다. 수학식 1에서의 S, R, D 는 각각 소스, 릴레이, 데스티네이션을 의미하고, 숫자 1 과 2 는 타임 슬롯을 나타낸다. 또한 y는 수신 신호, x는 입력 신호, h는 각 링크의 채널 값을 나타내고, n은 수신부에서의 백색 잡음을 나타낸다. 그리고,
Figure 112006065182732-pat00002
는 복호된 심볼을 의미한다.
Figure 112006065182732-pat00003
수학식 1을 행렬 형태로 표현하면 수학식 2와 같다. 상기 수학식 2에서 릴레이는 완벽한 복호 과정을 통해 심볼을
Figure 112006065182732-pat00004
로 복원하였다고 가정하면, '
Figure 112006065182732-pat00005
=
Figure 112006065182732-pat00006
'가 성립될 수 있다. 이에 따라, 프로토콜 MIMO는 수학식 2에서와 같이 가상적인 Multiple input multiple output(MIMO) 채널 환경을 구성할 수 있다.
다만, 수학식 2에서 채널 행렬 H의 채널 값 중 하나가 '0'이 되어 일반적인 MIMO 시스템과 달리 full diversity gain 을 얻을 수 없다. 이러한 '0'의 채널 값으로 말미암아 프로토콜 MIMO에 의한 가상적인 MIMO 채널 환경에서는 소스와 릴레이 사이의 링크에 대한 신호대잡음비가 높아도 first order diversity 만을 얻음을 알 수 있다.
따라서, 가상적인 MIMO 등가 채널 구성시 임의의 행렬을 곱하여 채널 값을 좌표 회전하고, 이를 통해 full diversity gain을 얻을 수 있도록 하는 새로운 릴레이 시스템이 절실하게 요구되고 있다.
본 발명은 상기 와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 소스에서 송신되는 심볼에 대해 좌표 회전을 시킴으로써 가상적인 MIMO 채널의 구성시 채널 행렬 내 채널이 '0'을 갖지 않도록 유도하는 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 데스티네이션으로의 심볼 전송시 활용한 채널에 대해 좌표 회전을 시킴으로써 가상적인 MIMO 채널의 구성시 채널 행렬 내 채널이 '0'을 갖지 않도록 유도하고, full diversity gain을 얻을 수 있도록 하는 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 데이터 전송률이 상대적으로 높은 프로토콜의 diversity gain의 감소를 좌표 회전을 통해 보상 함으로써 높은 데이터 전송률의 이득과 full diversity gain을 모두 얻을 수 있어, 릴레이 네트워크의 성능을 현저히 향상시킬 수 있는 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루기 위한, 좌표 회전 릴레이 시스템은, 릴레이 네트워크의 소스에서 송신되는 심볼을 병렬로 구성하여 심볼 행렬을 작성하는 행렬 작성 수단, 및 상기 작성된 심볼 행렬에 좌표 회전 행렬을 부가하여, 상기 심볼 행렬 내 심볼을 좌표 회전시키는 좌표 회전 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 좌표 회전 릴레이 시스템은, 릴레이 네트워크의 데스티네이션으로 전송되는 심볼이 활용한 링크의 채널을 병렬로 구성 하여 채널 행렬을 작성하는 행렬 작성 수단, 및 상기 작성된 채널 행렬에 좌표 회전 행렬을 부가하여, 상기 채널 행렬 내 채널을 좌표 회전시키는 좌표 회전 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 좌표 회전 릴레이 시스템의 구체적인 구성을 나타내는 도면이다.
소스(Source), 릴레이(Relay), 데스티네이션(Destination)의 통신 노드를 포함하여 구성하는 릴레이 네트워크는, 소스로부터의 심볼을, 릴레이와의 협력을 통해 음영 지역 내 위치하는 데스티네이션으로 전송하기 위해 고안된 것이다. 이러한 릴레이 네트워크에 의해서는 소스에서 송신되는 심볼이 종래에 서비스가 불가능했던 영역까지 전송되도록 할 수 있어 통신 서비스의 가능 영역인 셀 커버리지를 크게 확대시킬 수 있다.
본 발명의 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 릴레이 네트워크 내 소스, 릴레이, 데스티네이션 사이에서의 신호 처리를 지원하여 통신 서비스가 원활하게 이루어지도록 하는 기능은 물론, 심볼이나 상기 심볼의 전송시 활용한 링크의 채널을 좌표 회전시키는 기능을 포함한다. 이러한 좌표 회전은 데스티네이션에서의 심볼 입출력과 관련하여 작성된 채널 행렬이, 채널의 값으로서 '0'을 갖지 않도록 하기 위한 것이며, 이를 통해 가상적인 MIMO(Multiple input multiple output) 채널을 구성하는 릴레이 네트워크에서도 풀 다이버시티 이익(full diversity gain)을 얻을 수 있게 한다.
채널 행렬에 대한 좌표 회전을 위해, 본 발명의 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 행렬 작성 수단(210), 및 좌표 회전 수단(220)을 포함한다.
본 발명의 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 좌표 회전을 위한 좌표 회전 행렬이 부가되는 통신 노드 위치에 따라, 좌표 회전에 대한 다수의 실시예를 구현할 수 있다.
우선, 도 2를 참조하여 좌표 회전 행렬이 부가되는 통신 노드의 위치, 즉 좌표 회전이 이루어지는 통신 노드의 위치가 소스일 경우를 설명한다.
소스는 무선 환경에서 심볼을 릴레이 또는 데스티네이션으로 전송하기 위한 일련의 절차, 예컨대 심볼에 대한 변조 처리, 증폭 처리 등을 수행한다.
행렬 작성 수단(210)은 상기 전송을 위한 절차를 수행하여 소스로부터 송신되는 심볼을, 병렬로 구성하여 심볼 행렬을 작성한다. 즉, 행렬 작성 수단(210)은 1개의 독립된 정보를 송신하는 시간인 타임 슬롯에 기초하여, 심볼을 정렬하여 행렬화하는 역할을 한다. 예컨대, 소스는 제1 타임 슬롯에서 심볼
Figure 112006065182732-pat00007
를, 제2 타임 슬롯에서
Figure 112006065182732-pat00008
를 송신할 수 있으며, 행렬 작성 수단(210)은 상기 심볼을 병렬로 구성하여 심볼 행렬
Figure 112006065182732-pat00009
를 작성할 수 있다.
좌표 회전 수단(220)은 작성된 심볼 행렬에 좌표 회전 행렬을 부가하여, 심볼 행렬 내 심볼을 좌표 회전시킨다. 즉, 좌표 회전 수단(220)은 소스로부터 송신되는 심볼에 대해 좌표 회전 처리를 수행함으로써 추후 데스티네이션에서의 심볼 입출력과 관련하여 작성되는 채널 행렬 내 채널이 '0'의 값을 갖지 않도록 하는 환경을 마련할 수 있다.
상기 심볼 행렬에 부가되는 좌표 회전 행렬은, 본 실시예에서
Figure 112006065182732-pat00010
,
Figure 112006065182732-pat00011
,
Figure 112006065182732-pat00012
등을 예시하며, 좌표 회전 수단(220)은 이들 중에서 시스템 환경에 최적한 하나를 선택하여 좌표 회전 행렬로서 사용할 수 있다.
특히, 좌표 회전 행렬로
Figure 112006065182732-pat00013
이 선택되는 경우, 좌표 회전 수단(220)은 예컨대 '비트에너지 대 잡음비', '비트오율' 등을 고려하여 상기 변수
Figure 112006065182732-pat00014
를 선정할 수 있다. 바람직하게, 좌표 회전 수단(220)은 채널 행렬과의 연산시, 가장 우수한 second order diversity를 나타내는 좌표 회전 행렬 내 파라메타를 분석하여 상기 변수
Figure 112006065182732-pat00015
를 '2.05'로 선정할 수 있다.
상기와 같이, 좌표 회전 수단(220)은 선택된 좌표 회전 행렬
Figure 112006065182732-pat00016
(
Figure 112006065182732-pat00017
)을 심볼 행렬
Figure 112006065182732-pat00018
우측에 부가, 곱셈 적용하여 심볼에 대한 좌표 회전을 수행한다.
Figure 112006065182732-pat00019
즉, 좌표 회전 수단(220)은 심볼 행렬
Figure 112006065182732-pat00020
을 좌표 회전된 심볼 행렬
Figure 112006065182732-pat00021
로 변환할 수 있다.
이에 따라, 소스로부터는, 제1 타임 슬롯에서 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00022
이 릴레이와 데스티네이션으로 송신되고, 제2 타임 슬롯에서 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00023
이 데스티네이션으로 전송된다. 부가적으로, 릴레이는 DF 방식에 따라 상기 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00024
을 복조/재변조하여 심볼
Figure 112006065182732-pat00025
를 생성하고, 제2 타임 슬롯에서 상기 생성된 심볼
Figure 112006065182732-pat00026
를 데스티네이션으로 전송한다.
심볼 전송과 관련하여 데스티네이션에서의 입출력 관련식을 정리하면, 제1 타임 슬롯에서 'yD ,1 = hSD *
Figure 112006065182732-pat00027
+ nD ,1'으로, 제2 타임 슬롯에서 'yD ,2 = hRD *
Figure 112006065182732-pat00028
+ hSD *
Figure 112006065182732-pat00029
+ nD ,2'으로 표현할 수 있다. 여기서, y는 데스티네이션에서의 수신과 관련한 신호이고, h는 링크의 채널 값이며, n은 데스티네이션에서의 백색 잡음을 의미한다.
즉, 제1 타임 슬롯에서 데스티네이션은 소스와 연결되는 링크 hSD를 통해 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00030
을 전송받고, 제2 타임 슬롯에서 데스티네이션은 소스와 연결되 는 링크 hSD를 통해 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00031
, 및 릴레이와 연결되는 링크 hRD를 통해 상기 심볼
Figure 112006065182732-pat00032
를 전송받는다.
좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00033
이 릴레이에 의해 완벽하게 복조/재변조 됨에 따라 상기 심볼
Figure 112006065182732-pat00034
이 상기 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00035
과 동일하다고 가정하는 경우, 상기 제2 타임 슬롯에서의 입출력 관련식은 'yD ,2 = hRD *
Figure 112006065182732-pat00036
+ hSD *
Figure 112006065182732-pat00037
+ nD ,2로 표현할 수 있다.
이러한 가정하에서, 행렬 작성 수단(210)은 릴레이 네트워크의 데스티네이션으로 전송되는, 상기 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00038
,
Figure 112006065182732-pat00039
이 활용하는 링크의 채널을, 병렬로 구성하여 채널 행렬을 작성한다. 상기한 제1 및 제2 타임 슬롯에서의 입출력 관계식은, 예컨대 행렬로서
Figure 112006065182732-pat00040
와 같이 표현될 수 있으며, 행렬 작성 수단(210)은 링크의 채널과 관련한
Figure 112006065182732-pat00041
를 채널 행렬로 작성한다.
또한, 좌표 회전 수단(220)은 상기 좌표 회전된 심볼을 고려하여, 상기 채널 행렬 내 채널을 '0'을 제외한 다른 값으로 좌표 회전시킨다. 즉, 좌표 회전 수단(220)은 상기 좌표 회전된 심볼 행렬
Figure 112006065182732-pat00042
를
Figure 112006065182732-pat00043
로 해석하고, 상기 좌표 회 전 행렬
Figure 112006065182732-pat00044
이 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00045
에 부가되도록 함으로써 채널 행렬에 대한 좌표 회전 처리가 수행되도록 하는 효과를 얻는다.
즉, 좌표 회전 수단(220)은,
Figure 112006065182732-pat00046
을
Figure 112006065182732-pat00047
로 해석하고,
Figure 112006065182732-pat00048
의 행렬 연산을 통해, 상기 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00049
를 좌표 회전된 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00050
로 변경한다. 이에 따라, 좌표 회전 수단(220)은 채널 행렬 내 채널이 '0'을 제외한 다른 값을 갖도록 할 수 있다.
상술한 채널 행렬에 대한 좌표 회전과 관련한 관련 식을 하기에 정리한다.
Figure 112006065182732-pat00051
즉, 본 발명의 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은, 소스에서 송신되는 심볼에 대해 좌표 회전을 시킴으로써 가상적인 MIMO 채널의 구성시 채널 행렬 내 채널이 '0'을 갖지 않도록 유도할 수 있고, full diversity gain을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는 데이터 전송률이 상대적으로 높은 프로토콜의 diversity gain의 감소를 좌표 회전을 통해 보상 함으로써 높은 데이터 전송률의 이득과 full diversity gain을 모두 얻을 수 있어, 릴레이 네트워크의 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 좌표 회전 행렬이 부가되는 통신 노드 위치, 즉 좌표 회전이 이루어지는 통신 노드 위치가 데스티네이션일 경우를 설명한다.
우선, 행렬 작성 수단(210)은 릴레이 네트워크의 데스티네이션으로 전송되는 심볼이 활용한 링크의 채널을, 병렬로 구성하여 채널 행렬을 작성한다. 즉, 행렬 작성 수단(210)은 소스 또는 릴레이로부터의 심볼 전송과 관련하여 데스티네이션에서의 입출력 관계를 확인하고, 확인된 입출력 관계를 통해 채널 행렬을 작성하는 역할을 한다. 이하, 도 3을 참조하여, 행렬 작성 수단(210)에 의한 채널 행렬 작성을 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 행렬 작성 수단의 행렬 작성 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에서는 도 1에서 설명한 프로토콜 MIMO에 따라 심볼이 소스/데스티네이션, 소스/릴레이, 릴레이/데스티네이션 사이에서 전송되는 것을 기반으로 설명한다.
소스에서는, 무선 환경에서 심볼을 릴레이 또는 데스티네이션으로 전송하기 위한 절차, 예컨대 변조 처리, 증폭 처리 등을 수행할 수 있다. 이후, 소스는 소정의 전송 명령에 따라, 변조된 심볼을 릴레이 또는 데스티네이션으로 전송할 수 있다.
도 3의 ⅰ)에 도시한 바와 같이, 상기 프로토콜 MIMO에 따른 소스는 제1 타임 슬롯에서 릴레이와 데스티네이션 각각으로 심볼
Figure 112006065182732-pat00052
를 전송한다. 이때, 제1 타임 슬롯에서 심볼 전송과 관련한 데스티네이션에서의 입출력 관계식은, 'yD ,1 = hSD *
Figure 112006065182732-pat00053
+ nD ,1'으로 표현될 수 있다. 즉, 제1 타임 슬롯에서의 데스티네이션은 소스와 연결되는 링크 hSD를 통해 심볼
Figure 112006065182732-pat00054
만을 전송받는다. 이때, nD , 1는 제1 타임 슬롯에서 데스티네이션에 발생하는 백색 잡음을 의미할 수 있다.
제2 타임 슬롯에서, 소스는 데스티네이션으로 심볼
Figure 112006065182732-pat00055
를 전송하고, 릴레이는 소스로부터 전송받은 심볼
Figure 112006065182732-pat00056
를 Amplify and Forward(AF) 또는 Decode and forward(DF) 방식에 의해 품질 개선한 후 데스티네이션으로 전송할 수 있다.
제2 타임 슬롯에서 심볼 전송과 관련한 데스티네이션에서의 입출력 관계식은, 'yD ,2 = hRD *
Figure 112006065182732-pat00057
+ hSD *
Figure 112006065182732-pat00058
+ nD ,2'로 표현될 수 있다. 즉, 제2 타임 슬롯에서의 데스티네이션은 소스와 연결되는 링크 hSD를 통해 심볼
Figure 112006065182732-pat00059
, 및 릴레이와 연결되는 링크 hRD를 통해 심볼
Figure 112006065182732-pat00060
을 전송받는다. 이때, nD ,2는 제2 타임 슬롯에서 데스티네이션에 발생하는 백색 잡음을 의미할 수 있다.
각 타임 슬롯에서의 상기 입출력 관계식은, 도 3의 ⅱ)의 좌표 회전 이전과 같은 행렬 형태로 표시될 수 있다.
즉, 타임 슬롯 별 데스티네이션에 관한 입출력 관계식은, 'yD ,1 = hSD *
Figure 112006065182732-pat00061
+ nD,1' 와 'yD ,2 = hRD *
Figure 112006065182732-pat00062
+ hSD *
Figure 112006065182732-pat00063
+ nD ,2'이고, 이것은 예컨대,행렬 작성 수단(210)에 의해,
Figure 112006065182732-pat00064
로 parallel하게 구성될 수 있다.
즉, 행렬 작성 수단(210)은 심볼 전송과 관련하여 데스티네이션에서의 입출력 관계식을 행렬 형태로 변경함으로써, 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00065
을 작성한다.
다시 도 2를 설명하면, 좌표 회전 수단(220)은 작성된 채널 행렬에 좌표 회전 행렬을 부가하여, 상기 채널 행렬 내 채널을 좌표 회전시킨다. 즉, 좌표 회전 수단(220)은 좌표 회전 행렬에 의한 좌표 회전을 통해 채널 행렬 내 채널이 '0'이 아닌 다른 값으로 보정되도록 함으로써 상기 채널 행렬이 full 행렬 형태로 구성되도록 한다.
본 실시예에서의 좌표 회전 행렬은,
Figure 112006065182732-pat00066
,
Figure 112006065182732-pat00067
,
Figure 112006065182732-pat00068
등을 예시할 수 있으며, 좌표 회전 수단(220)은 시스템의 환경을 고려하여 최적한 하나의 좌표 회전 행렬을 선택한다.
만약, 좌표 회전 행렬으로서
Figure 112006065182732-pat00069
가 선택하는 경우, 좌표 회전 수단(220)은, 예컨대 '비트에너지 대 잡음비', '비트오율' 등을 고려하여 상 기 변수 ρ를 선정할 수 있다. 바람직하게, 좌표 회전 수단(220)은 채널 행렬과의 연산시, 가장 우수한 second order diversity를 나타내는 좌표 회전 행렬 내 파라메타를 분석하여 상기 변수 ρ를 '2.05'로 선정할 수 있다.
도 3의 ⅱ)의 좌표 회전 이후에서는, 좌표 회전 수단(220)에 의해 선택된 임의의 좌표 회전 행렬
Figure 112006065182732-pat00070
이 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00071
의 우측단에서 부가하는 것을 예시하고 있다.
즉, 좌표 회전 수단(220)은 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00072
과 좌표 회전 행렬
Figure 112006065182732-pat00073
를 곱셈 적용하여 채널이 좌표 회전되는 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00074
을 획득할 수 있다.
도 3의 ⅱ)의 좌표 회전 이후에서와 같이, 좌표 회전 행렬의 부가에 의해 좌표 회전된 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00075
은, 좌표 회전 이전의 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00076
과 달리, 내부에 '0'을 포함하지 않는 full 행렬 형태를 보이고 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 데스티네이션으로의 심볼 전송시 활용한 채널에 대해 좌표 회전을 시킴으로써 가상적인 MIMO 채널의 구성시 채널 행렬 내 채널이 '0'을 갖지 않도록 유도할 수 있고, 또한 full diversity gain을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는 데이터 전송률이 상대적으로 높은 프로토콜의 diversity gain의 감소를 좌표 회전을 통해 보상 함으로써 높은 데이터 전송률의 이득과 full diversity gain을 모두 얻을 수 있어, 릴레이 네트워크의 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 좌표 회전 릴레이 시스템(200)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 좌표 회전 릴레이 방법을 구체적으로 도시한 작업 흐름도이다.
본 실시예에 따른 좌표 회전 릴레이 방법은 상술한 좌표 회전 릴레이 시스템(200)에 의해 수행될 수 있다.
우선, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 릴레이 네트워크의 소스에서 송신되는 심볼을 병렬로 구성하여 심볼 행렬을 작성한다(S410). 본 단계(S410)는 소스에서 무선 환경을 통해 심볼을 릴레이 또는 데스티네이션으로 전송하기 위한 일련의 절차를 수행하고, 상기 심볼을 타임 슬롯에 기초하여 병렬로 구성하여 심볼 행렬을 작성하는 과정이다. 예컨대, 소스는 제1 타임 슬롯에서 심볼
Figure 112006065182732-pat00077
를, 제2 타임 슬롯에서
Figure 112006065182732-pat00078
를 송신할 수 있으며, 본 단계(S410)에서의 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 상기 심볼을 병렬로 구성하여 심볼 행렬
Figure 112006065182732-pat00079
를 작성할 수 있다.
또한, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 상기 작성된 심볼 행렬에 좌표 회전 행렬을 부가하여, 상기 심볼 행렬 내 심볼을 좌표 회전시킨다(S420). 본 단계(S420)는 소스로부터 전송되는 심볼에 대해 좌표 회전 처리를 수행함으로써 추후 데스티네이션에서의 심볼 입출력과 관련하여 작성되는 채널 행렬 내 채널이 '0'을 갖지 않도록 하는 과정이다.
본 단계(S420)에서 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 상기 심볼 행렬에 부가되는 좌표 회전 행렬로서,
Figure 112006065182732-pat00080
,
Figure 112006065182732-pat00081
,
Figure 112006065182732-pat00082
중 하나를 선택하여 사용할 수 있다.
특히, 좌표 회전 행렬로서
Figure 112006065182732-pat00083
이 선택되는 경우, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 예컨대 '비트에너지 대 잡음비', '비트오율' 등을 고려하여 상기 변수 ρ를 선정할 수 있다. 바람직하게, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 채널 행렬과의 연산시, 가장 우수한 second order diversity를 나타내는 좌표 회전 행렬 내 파라메타를 분석하여 상기 변수 ρ를 '2.05'로 선정할 수 있다.
즉, 본 단계(S420)에서의 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 좌표 회전 행렬을 심볼 행렬에 곱셈 적용하여 심볼에 대한 좌표 회전을 수행함으로써 심볼 행렬
Figure 112006065182732-pat00084
을 좌표 회전된 행렬, 예컨대
Figure 112006065182732-pat00085
로 변환할 수 있다.
다음으로, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 소정의 프로토콜에 기초하여 상기 좌표 회전된 심볼을, 소스에서 릴레이 또는 데스티네이션으로 전송한다(S430). 즉, 본 단계(S430)에서의 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 제1 타임 슬롯에서 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00086
이 상기 소스로부터 릴레이와 데스티네이션으로, 제2 타임 슬롯에서 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00087
이 상기 소스로부터 데스티네이션으로 전송되도록 한다. 부가적으로, 릴레이는 DF 방식으로 상기 좌표 회전된 심볼
Figure 112006065182732-pat00088
을 복조/재변조하여 재변조된 심볼
Figure 112006065182732-pat00089
를 생성하고, 제2 타임 슬롯에서 상기 생성된 심볼
Figure 112006065182732-pat00090
이 데스티네이션으로 전송되도록 한다.
또한, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 릴레이 네트워크의 데스티네이션으로 전송되는 상기 좌표 회전된 심볼이 활용하는 링크의 채널을, 병렬로 구성하여 채널 행렬을 작성한다(S440). 본 단계(S440)는 심볼 전송과 관련하여 데스티네이션에서의 입출력 관계식을 행렬로 표시함으로써 링크의 채널과 관련한 채널 행렬을 작성하는 과정이다. 예컨대, 데스티네이션의 입출력 관계식이
Figure 112006065182732-pat00091
와 같이 표현되는 경우, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 링크의 채널과 관련한
Figure 112006065182732-pat00092
를 채널 행렬로 작성한다.
계속해서, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 상기 좌표 회전된 심볼을 고려하여, 상기 채널 행렬 내 채널을 '0'을 제외한 다른 값으로 좌표 회전시킨다(S450). 즉, 본 단계(S450)에서의 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 상기 좌표 회전된 심볼 행렬
Figure 112006065182732-pat00093
를
Figure 112006065182732-pat00094
로 해석하고, 상기 좌표 회전 행렬
Figure 112006065182732-pat00095
이 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00096
에 부가되도록 함으로써 채널 행렬에 대한 좌표 회전 처리가 수행되도록 한다. 이러한 좌표 회전에 의해, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00097
를 좌표 회전된 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00098
로 변경할 수 있고, 이로부터 채널 행렬 내 채널이 '0'을 제외한 다른 값을 갖도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 좌표 회전 릴레이 시스템(200)에 의해서는, 소스에서 송신되는 심볼에 대해 좌표 회전을 시킴으로써 가상적인 MIMO 채널의 구성시 채널 행렬 내 채널이 '0'을 갖지 않도록 유도할 수 있고, full diversity gain을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는 데이터 전송률이 상대적으로 높은 프로토콜의 diversity gain의 감소를 좌표 회전을 통해 보상 함으로써 높은 데이터 전송률의 이득과 full diversity gain을 모두 얻을 수 있어, 릴레이 네트워크의 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 좌표 회전 릴레이 방법을 도시한 작업 흐름도이다.
도 5에서는, 좌표 회전 행렬이 부가되는 통신 노드 위치, 즉 좌표 회전이 이루어지는 통신 노드 위치가 데스티네이션일 경우의 좌표 회전 릴레이 시스템(200) 동작을 설명한다.
우선, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 릴레이 네트워크의 데스티네이션으로 전송되는 심볼이 활용한 링크의 채널을, 병렬로 구성하여 채널 행렬을 작성한다(S510). 본 단계(S510)는 소스 또는 릴레이로부터의 심볼 전송과 관련하여 데스티 네이션에서의 입출력 관계를 확인하고, 확인된 입출력 관계를 통해 채널 행렬을 작성하는 과정이다. 예컨대, 각 타임 슬롯에서의 상기 입출력 관계식이, 'yD ,1 = hSD *
Figure 112006065182732-pat00099
+ nD ,1' 와 'yD ,2 = hRD *
Figure 112006065182732-pat00100
+ hSD *
Figure 112006065182732-pat00101
+ nD ,2'일 경우, 좌표 회전 릴레이 시스템(200) 이를 병렬로 구성하여
Figure 112006065182732-pat00102
와 같이 행렬 형태로 변환한다. 상술한 예에서, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 채널 행렬로서
Figure 112006065182732-pat00103
을 작성할 수 있다.
또한, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 작성된 채널 행렬에 좌표 회전 행렬을 부가하여, 상기 채널 행렬 내 채널을 좌표 회전시킨다(S520). 즉, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 좌표 회전을 통해 채널 행렬 내 채널이 '0'이 아닌 다른 값으로 보정되도록 함으로써 종래 채널 행렬 내 채널이 '0'이 표시됨에 따라, first order diversity 만을 획득할 수 밖에 없었던 종래의 한계를 극복할 수 있다.
본 단계(S520)에서 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은
Figure 112006065182732-pat00104
,
Figure 112006065182732-pat00105
,
Figure 112006065182732-pat00106
(상기 변수 ρ는 '2.05') 중에서 최적한 하나를 좌표 회전 행렬로 선택할 수 있다.
즉, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 선택된 임의의 좌표 회전 행렬
Figure 112006065182732-pat00107
을, 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00108
의 우측에서 부가하여 채널이 좌표 회전되는 채널 행렬
Figure 112006065182732-pat00109
을 얻을 수 있다. 이러한 좌표 회전에 의해, 채널 행렬은 '0'의 채널을 갖지 않는 full 행렬 형태가 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 좌표 회전 릴레이 시스템(200)은 데스티네이션으로의 심볼 전송시 활용한 채널에 대해 좌표 회전을 시킴으로써 가상적인 MIMO 채널의 구성시 채널 행렬 내 채널이 '0'을 갖지 않도록 유도할 수 있고, 이를 통해 full diversity gain을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의해서는 데이터 전송률이 상대적으로 높은 프로토콜의 diversity gain의 감소를 좌표 회전을 통해 보상 함으로써 높은 데이터 전송률의 이득과 full diversity gain을 모두 얻을 수 있어, 릴레이 네트워크의 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같 은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면, 소스에서 송신되는 심볼에 대해 좌표 회전을 시킴으로써 가상적인 MIMO 채널의 구성시 채널 행렬 내 채널이 '0'을 갖지 않도록 유도하는 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 데스티네이션으로의 심볼 전송시 활용한 채널에 대해 좌표 회전을 시킴으로써 가상적인 MIMO 채널의 구성시 채널 행렬 내 채널이 '0'을 갖지 않도록 유도하고, full diversity gain을 얻을 수 있는 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 데이터 전송률이 상대적으로 높은 프로토콜의 diversity gain의 감소를 좌표 회전을 통해 보상 함으로써 높은 데이터 전송률의 이득과 full diversity gain을 모두 얻을 수 있어, 릴레이 네트워크의 성능을 현저히 향상시킬 수 있는 좌표 회전 릴레이 시스템 및 좌표 회전 릴레이 방법을 제공할 수 있다.

Claims (21)

  1. 릴레이 네트워크의 소스(source)에서 송신되는 심볼을 병렬(parallel)로 구성하여 심볼 행렬을 작성하는 행렬 작성 수단; 및
    -ejπ/4, -1, 0, 1, ejπ/4 및 ρ(상기 ρ는 비트에너지 대 잡음비, 또는 비트오율을 고려하여 선정됨) 중 적어도 2개의 변수를 포함하는 좌표 회전 행렬을, 상기 작성된 심볼 행렬에 부가하여, 상기 심볼 행렬 내 심볼을 좌표 회전시키는 좌표 회전 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 좌표 회전 수단은,
    Figure 112006065182732-pat00110
    ,
    Figure 112006065182732-pat00111
    ,
    Figure 112006065182732-pat00112
    중 어느 하나를 상기 좌표 회전 행렬로 결정하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 좌표 회전 수단은,
    2차 다이버시티(second order diversity)를 나타내는 상기 좌표 회전 행렬 내 파라메타를 분석하여 상기 변수 ρ를 '2.05'로 선정하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 행렬 작성 수단은,
    상기 릴레이 네트워크의 데스티네이션(destination)으로 전송되는 상기 좌표 회전된 심볼이 활용하는 링크의 채널을, 병렬로 구성하여 채널 행렬을 작성하고,
    상기 좌표 회전 수단은,
    상기 좌표 회전된 심볼을 고려하여 상기 채널 행렬 내 채널을, '0'을 제외한 다른 값으로 좌표 회전시키는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  5. 릴레이 네트워크의 데스티네이션으로 전송되는 심볼이 활용한 링크의 채널을 병렬로 구성하여 채널 행렬을 작성하는 행렬 작성 수단; 및
    -ejπ/4, -1, 0, 1, ejπ/4 및 ρ(상기 ρ는 비트에너지 대 잡음비, 또는 비트오율을 고려하여 선정됨) 중 적어도 2개의 변수를 포함하는 좌표 회전 행렬을, 상기 작성된 채널 행렬에 부가하여, 상기 채널 행렬 내 채널을 좌표 회전시키는 좌표 회전 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 좌표 회전 수단은,
    상기 부가된 좌표 회전 행렬에 의해 상기 채널 행렬 내 채널을, '0'을 제외한 다른 값으로 좌표 회전시키는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 심볼은,
    제1 타임 슬롯에서, 상기 릴레이 네트워크의 소스와 상기 데스티네이션과의 링크 hSD를 통해 상기 데스티네이션으로 전송되는 심볼 x1이고,
    제2 타임 슬롯에서, 상기 링크 hSD를 통해 상기 데스티네이션으로 전송되는 심볼 x2와, 상기 릴레이 네트워크의 릴레이(relay)와 상기 데스티네이션과의 링크 hRD를 통해 상기 데스티네이션으로 전송되는 심볼 x1인 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 타임 슬롯에서의 상기 데스티네이션의 출력 yD,1이 'hSD*x1'이고, 상기 제2 타임 슬롯에서의 상기 데스티네이션의 출력 yD,2가 'hRD*x1 + hSD*x2'일 경우,
    상기 행렬 작성 수단은,
    상기 채널 행렬로서
    Figure 112012083476599-pat00114
    을 작성하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 좌표 회전 수단은,
    Figure 112006065182732-pat00115
    ,
    Figure 112006065182732-pat00116
    ,
    Figure 112006065182732-pat00117
    중 어느 하나를 상기 좌표 회전 행렬로 결정하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 좌표 회전 수단은,
    2차 다이버시티를 나타내는 상기 좌표 회전 행렬 내 파라메타를 분석하여 상기 변수 ρ를 '2.05'로 선정하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 시스템.
  11. 릴레이 네트워크의 소스에서 송신되는 심볼을 병렬로 구성하여 심볼 행렬을 작성하는 단계; 및
    -ejπ/4, -1, 0, 1, ejπ/4 및 ρ(상기 ρ는 비트에너지 대 잡음비, 또는 비트오율을 고려하여 선정됨) 중 적어도 2개의 변수를 포함하는 좌표 회전 행렬을, 상기 작성된 심볼 행렬에 부가하여, 상기 심볼 행렬 내 심볼을 좌표 회전시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    심볼 행렬 내 심볼을 좌표 회전시키는 상기 단계는,
    Figure 112006065182732-pat00119
    ,
    Figure 112006065182732-pat00120
    Figure 112006065182732-pat00121
    ,
    Figure 112006065182732-pat00122
    중 어느 하나를 상기 좌표 회전 행렬로 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    심볼 행렬 내 심볼을 좌표 회전시키는 상기 단계는,
    2차 다이버시티를 나타내는 상기 좌표 회전 행렬 내 파라메타를 분석하여 상기 변수 ρ를 '2.05'로 선정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 릴레이 네트워크의 데스티네이션(destination)으로 전송되는 상기 좌표 회전된 심볼이 활용하는 링크의 채널을, 병렬로 구성하여 채널 행렬을 작성하는 단계
    를 더 포함하고,
    심볼 행렬 내 심볼을 좌표 회전시키는 상기 단계는,
    상기 좌표 회전된 심볼을 고려하여 상기 채널 행렬 내 채널을, '0'을 제외한 다른 값으로 좌표 회전시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  15. 릴레이 네트워크의 데스티네이션으로 전송되는 심볼이 활용한 링크의 채널을 병렬로 구성하여 채널 행렬을 작성하는 단계; 및
    -ejπ/4, -1, 0, 1, ejπ/4 및 ρ(상기 ρ는 비트에너지 대 잡음비, 또는 비트오율을 고려하여 선정됨) 중 적어도 2개의 변수를 포함하는 좌표 회전 행렬을, 상기 작성된 채널 행렬에 부가하여, 상기 채널 행렬 내 채널을 좌표 회전시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    채널 행렬 내 채널을 좌표 회전시키는 상기 단계는,
    상기 부가된 좌표 회전 행렬에 의해 상기 채널 행렬 내 채널을, '0'을 제외한 다른 값으로 회전시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 심볼은,
    제1 타임 슬롯에서, 상기 릴레이 네트워크의 소스와 상기 데스티네이션과의 링크 hSD를 통해 상기 데스티네이션으로 전송되는 심볼 x1이고,
    제2 타임 슬롯에서, 상기 링크 hSD를 통해 상기 데스티네이션으로 전송되는 심볼 x2와, 상기 릴레이 네트워크의 릴레이와 상기 데스티네이션과의 링크 hRD를 통해 상기 데스티네이션으로 전송되는 심볼 x1인 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 타임 슬롯에서의 상기 데스티네이션의 출력 yD,1이 'hSD*x1'이고, 상기 제2 타임 슬롯에서의 상기 데스티네이션의 출력 yD,2가 'hRD*x1 + hSD*x2'일 경우,
    채널 행렬을 작성하는 상기 단계는,
    상기 채널 행렬로서
    Figure 112012083476599-pat00124
    을 작성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    채널 행렬 내 채널을 좌표 회전시키는 상기 단계는,
    Figure 112006065182732-pat00125
    ,
    Figure 112006065182732-pat00126
    ,
    Figure 112006065182732-pat00127
    중 어느 하나를 상기 좌표 회전 행렬로 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    채널 행렬 내 채널을 좌표 회전시키는 상기 단계는,
    2차 다이버시티를 나타내는 상기 좌표 회전 행렬 내 파라메타를 분석하여 상기 변수 ρ를 '2.05'로 선정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 좌표 회전 릴레이 방법.
  21. 제11항 또는 제20항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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