KR101236078B1 - Relay system and filter setting method for effectively cancellation self-interference - Google Patents

Relay system and filter setting method for effectively cancellation self-interference Download PDF

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KR101236078B1
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박대영
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A relay system for effectively removing self-interference and a filter setting method thereof are provided to completely remove self-interference while maintaining maximum transmission capacity in a full duplex relay system. CONSTITUTION: A channel gain calculation part(104) determines a self-interference channel gain corresponding to the self-interference of a relay system generated by receiving a signal from a transmission node and transmitting a signal to a receiving node at the same time. A filter determination part(105) determines a receiving filter and a transmission filter of the relay system to obtain a maximum transmission capacity and remove self-interference from the relay system by considering the orthogonal relation of a vector derived from the self-interference channel gain. The receiving filter is applied to the signal received from the transmission node. The transmission filter is applied to the signal transmitted to the receiving node. [Reference numerals] (102) Transmitting node(Node A); (103) Receiving node(Node B); (104) Channel gain calculation part; (105) Filter determination part; (106) Initial value setting part

Description

효과적으로 자기 간섭을 제거하는 릴레이 시스템 및 필터 설정 방법 {RELAY SYSTEM AND FILTER SETTING METHOD FOR EFFECTIVELY CANCELLATION SELF-INTERFERENCE}RELAY SYSTEM AND FILTER SETTING METHOD FOR EFFECTIVELY CANCELLATION SELF-INTERFERENCE}

본 발명은 효과적으로 자기 간섭을 제거하는 릴레이 시스템 및 필터 설정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 신호를 동시에 수신하고 전송하는 릴레이 시스템에서 전송 용량을 최대로 하면서도 자기 간섭을 효과적으로 제거할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a relay system and a filter setting method for effectively eliminating magnetic interference, and more particularly, to a system and method for effectively eliminating magnetic interference while maximizing a transmission capacity in a relay system that simultaneously receives and transmits signals. It is about.

무선 통신 시스템에서 릴레이 시스템은 높은 전송률과 보다 넓은 셀 커버리지와 같은 효과를 위해 채택되었다. 그러나, 종래의 반이중 릴레이 (half duplex relay) 시스템은 송신과 수신이 다른 시간에 이루어지기 때문에, 일반적인 일대일 통신에 비해 송신한 신호가 수신되기까지의 추가적인 시간 자원이 필요하다. 그래서, 반이중 릴레이 시스템에서 낭비되는 시간 자원을 해결하고자 전이중 릴레이 시스템이 제안되었다.In wireless communication systems, relay systems have been adopted for effects such as high data rates and wider cell coverage. However, since the conventional half duplex relay system transmits and receives at different times, it requires additional time resources until the transmitted signal is received, compared to general one-to-one communication. Thus, a full duplex relay system has been proposed to solve the wasted time resources of the half duplex relay system.

전이중 릴레이 시스템은 릴레이 시스템에서 신호의 송신과 수신을 동시에 수행함으로써 추가적인 시간 자원이 낭비되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 릴레이 시스템에서 신호의 송신과 수신이 동시에 이루어짐에 따라 발생되는 자기간섭의 크기가 수신하고자 하는 신호의 크기보다 훨씬 크기 때문에 자기 간섭을 완전히 제거해야 할 필요가 있다.The full-duplex relay system can prevent wasting additional time resources by simultaneously transmitting and receiving signals in the relay system. However, since the amount of self-interference generated by the simultaneous transmission and reception of signals in the relay system is much larger than the size of the signal to be received, it is necessary to completely remove the magnetic interference.

자기 간섭을 제거하기 위해 종래의 전이중 릴레이 시스템은 2개의 안테나를 이용하여 송신 필터와 수신 필터를 좌특이벡터와 우특이벡터로 설정하였으나, 송신 링크와 수신 링크의 전송 용량을 최대화할 수 있는 가능성이 작은 문제가 있었다.In order to eliminate the magnetic interference, the conventional full-duplex relay system uses two antennas to set the transmission filter and the reception filter to the left and right side vectors, but it is possible to maximize the transmission capacity of the transmission link and the reception link. There was a small problem.

본 발명은 전이중 릴레이 시스템에서 전송 용량을 최대로하면서도 자기 간섭을 완전히 제거할 수 있는 송신 필터 및 수신 필터를 제안한다.The present invention proposes a transmission filter and a reception filter that can completely eliminate magnetic interference while maximizing transmission capacity in a full-duplex relay system.

본 발명의 일실시예에 따른 릴레이 시스템은 신호를 동시에 송신하고 수신하며, 상기 신호의 송신과 수신에 의해 발생되는 릴레이 시스템의 자기 간섭 채널 게인을 결정하는 채널 게인 계산부; 및 상기 자기 간섭 채널 게인에 기초하여 송신 노드와 연관된 수신 필터와 수신 노드와 연관된 송신 필터를 결정하는 필터 결정부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a relay system includes: a channel gain calculator configured to simultaneously transmit and receive a signal, and determine a magnetic interference channel gain of the relay system generated by the transmission and reception of the signal; And a filter determination unit to determine a reception filter associated with a transmission node and a transmission filter associated with a reception node based on the magnetic interference channel gain.

본 발명의 일실시예에 따른 릴레이 시스템은 수신 필터의 초기값을 설정하는 초기값 설정부를 더 포함할 수 있다.The relay system according to an embodiment of the present invention may further include an initial value setting unit for setting an initial value of the reception filter.

본 발명의 일실시예에 따른 필터 설정 방법은 상기 신호의 송신과 수신에 의해 발생되는 릴레이 시스템의 자기 간섭 채널 게인을 결정하는 단계; 및 상기 자기 간섭 채널 게인에 기초하여 송신 노드와 연관된 수신 필터와 수신 노드와 연관된 송신 필터를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.A filter setting method according to an embodiment of the present invention includes determining a magnetic interference channel gain of a relay system generated by transmission and reception of the signal; And determining a receive filter associated with a transmitting node and a transmit filter associated with a receiving node based on the magnetic interference channel gain.

본 발명의 일실시예에 따르면, 전이중 릴레이 시스템에서 전송 용량을 최대로하면서도 자기 간섭을 완전히 제거할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to completely eliminate magnetic interference while maximizing a transmission capacity in a full-duplex relay system.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 릴레이 시스템의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 릴레이 시스템을 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 안테나가 2개일 때 전송 용량을 비교한 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 안테나가 3개일 때 전송 용량을 비교한 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 릴레이 시스템의 안테나 개수에 따른 전송 용량을 비교한 결과를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a detailed configuration of a relay system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the operation of the relay system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a result of comparing transmission capacities when two antennas are installed according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a result of comparing transmission capacities when there are three antennas according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a result of comparing the transmission capacity according to the number of antennas of the relay system according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 릴레이 시스템의 세부 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram showing a detailed configuration of a relay system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 릴레이 시스템(101)는 채널 게인 계산부(104), 필터 결정부(105) 및 초기값 설정부(106)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the relay system 101 may include a channel gain calculator 104, a filter determiner 105, and an initial value setter 106.

채널 게인 계산부(104)는 신호의 송신과 수신에 의해 발생되는 릴레이 시스템(101)의 자기 간섭 채널 게인을 결정할 수 있다. 일례로, 릴레이 시스템(101)은 안테나가 2개 이상이 배치될 수 있다. 또한, 릴레이 시스템(101)은 전이중(full-duplex) 릴레이 시스템일 수 있다. 본 발명의 일실시예들은 안테나가 2개이고 노드 간에 신호를 동시에 송신하고 수신할 수 있는 릴레이 시스템(101)에 적용될 수 있다.The channel gain calculator 104 may determine the magnetic interference channel gain of the relay system 101 generated by the transmission and reception of the signal. In one example, the relay system 101 may be arranged two or more antennas. In addition, the relay system 101 may be a full-duplex relay system. One embodiment of the present invention may be applied to a relay system 101 having two antennas and capable of simultaneously transmitting and receiving signals between nodes.

필터 결정부(105)는 자기 간섭 채널 게인에 기초하여 송신 노드와 연관된 수신 필터와 수신 노드와 연관된 송신 필터를 결정할 수 있다. 여기서, 자기 간섭 채널 게인은 송신 노드(102)와 릴레이 시스템(101) 간 신호의 수신과 릴레이 시스템(101)과 수신 노드(103) 간 신호의 송신이 릴레이 시스템(101)에서 동시에 수행됨에 따라 릴레이 시스템(101)에서 발생하는 자기 간섭과 관련된다.The filter determiner 105 may determine a reception filter associated with the transmission node and a transmission filter associated with the reception node based on the magnetic interference channel gain. Here, the self-interference channel gain is a relay as the reception of the signal between the transmitting node 102 and the relay system 101 and the transmission of the signal between the relay system 101 and the receiving node 103 are simultaneously performed in the relay system 101. It is associated with magnetic interference occurring in system 101.

자기 간섭의 크기는 송신 노드(102)로부터 수신하고자 하는 신호에 비해 상대적으로 매우 큰 전력을 가지므로, 릴레이 시스템(101)에서 자기 간섭이 완전히 제거될 필요가 있다.Since the magnitude of the magnetic interference has a relatively very large power compared to the signal to be received from the transmitting node 102, the magnetic interference needs to be completely eliminated in the relay system 101.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 자기 간섭을 완전히 제거하면서도 릴레이 시스템의 전송 용량을 최적화하는 방법이 제시된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a method for optimizing a transmission capacity of a relay system while completely eliminating magnetic interference is provided.

일례로, 필터 결정부(105)는 자기 간섭 채널 게인 및 수신 필터에 기초한 제1 벡터와 송신 필터에 기초한 제2 벡터가 서로 수직일 때의 수신 필터 및 송신 필터를 결정할 수 있다. 이는 릴레이 시스템(101)에서 발생하는 자기 간섭을 완전히 제거하기 위한 조건이다.For example, the filter determiner 105 may determine the reception filter and the transmission filter when the first vector based on the magnetic interference channel gain and the reception filter and the second vector based on the transmission filter are perpendicular to each other. This is a condition for completely eliminating magnetic interference occurring in the relay system 101.

이 때, 필터 결정부(105)는 수신 필터에 기초한 제1 직교투영행렬을 이용하여 송신 노드와 릴레이 시스템 간의 전송 용량을 최대화하기 위한 송신 필터를 결정할 수 있다. 구체적으로, 필터 결정부(105)는 수신 필터에 기초한 제1 직교투영행렬 및 릴레이 시스템과 수신 노드 간의 채널 게인으로 구성된 정합 필터를 이용하여 송신 필터를 결정할 수 있다.In this case, the filter determiner 105 may determine a transmission filter for maximizing the transmission capacity between the transmitting node and the relay system using the first orthogonal projection matrix based on the reception filter. In detail, the filter determiner 105 may determine the transmission filter using a first orthogonal projection matrix based on the reception filter and a matched filter configured as a channel gain between the relay system and the reception node.

그리고, 필터 결정부(105)는 자기 간섭 채널 게인 및 송신 필터에 기초한 제1 벡터와 수신 필터에 기초한 제2 벡터가 서로 수직일 때의 수신 필터 및 송신 필터를 결정할 수 있다. 이 때, 필터 결정부(105)는 송신 필터에 기초한 제2 직교투영행렬을 이용하여 수신 노드와 릴레이 시스템 간의 전송 용량을 최대화하기 위한 수신 필터를 결정할 수 있다. 구체적으로, 필터 결정부(105)는 송신 필터에 기초한 제2 직교투영행렬 및 릴레이 시스템과 수신 노드 간의 채널 게인으로 구성된 정합 필터를 이용하여 수신 필터를 결정할 수 있다.The filter determiner 105 may determine the reception filter and the transmission filter when the first vector based on the magnetic interference channel gain and the transmission filter and the second vector based on the reception filter are perpendicular to each other. In this case, the filter determiner 105 may determine a reception filter for maximizing the transmission capacity between the reception node and the relay system using the second orthogonal projection matrix based on the transmission filter. In detail, the filter determiner 105 may determine the reception filter using a second orthogonal projection matrix based on the transmission filter and a matched filter configured as a channel gain between the relay system and the reception node.

초기값 설정부(106)는 수신 필터의 초기값을 설정할 수 있다. 수신 필터의 초기값을 어떻게 설정하느냐에 따라 릴레이 시스템의 성능이 결정될 수 있다. 일례로, 초기값 설정부(106)는 자기 간섭 채널 게인의 특이값 분해를 통해 도출된 특이 벡터를 상기 수신 필터의 초기값으로 설정할 수 있다. 또한, 초기값 설정부(106)는 수신 필터와 관련된 볼록 결합(convex combination)에 따라 설정될 수 있다.The initial value setting unit 106 may set an initial value of the reception filter. The performance of the relay system can be determined by how the initial value of the receive filter is set. For example, the initial value setting unit 106 may set the singular vector derived through the singular value decomposition of the magnetic interference channel gain as the initial value of the reception filter. In addition, the initial value setting unit 106 may be set according to a convex combination associated with the reception filter.

도 2에서는, 도 1의 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 하겠다.In FIG. 2, the process of FIG. 1 will be described in more detail.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 릴레이 시스템을 동작을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the operation of the relay system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 송신 노드(201), 릴레이 시스템(202) 및 수신 노드(202)가 도시된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 릴레이 시스템(202)은 적어도 2개의 안테나를 가진 전이중 릴레이 시스템이 될 수 있다. 릴레이 시스템(202)은 송신 노드(201)로부터 신호를 수신하는 동작 및 수신 노드(203)에 신호를 수신하는 동작을 동시에 수행하기 때문에 자기 간섭이 발생할 수 있다. 이하에서는 자기 간섭을 완전히 제거하면서도 송신 노드(201)와 수신 노드(203) 간의 채널에 대응하는 전송 용량을 최대로 하는 방법을 구체적으로 설명하기로 한다. 이 때, 송신 노드(201)는 노드 A로, 수신 노드(203)는 노드 B로 지칭하기로 한다.Referring to FIG. 2, a transmitting node 201, a relay system 202 and a receiving node 202 are shown. According to one embodiment of the invention, the relay system 202 may be a full duplex relay system having at least two antennas. Since the relay system 202 simultaneously performs an operation of receiving a signal from the transmitting node 201 and an operation of receiving a signal at the receiving node 203, magnetic interference may occur. Hereinafter, a method of maximizing a transmission capacity corresponding to a channel between a transmitting node 201 and a receiving node 203 while completely removing magnetic interference will be described in detail. At this time, the transmitting node 201 will be referred to as node A, and the receiving node 203 will be referred to as node B.

도 2에서, 릴레이 시스템(201)과 노드 B(203)가 수신하는 신호는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.In FIG. 2, a signal received by the relay system 201 and the Node B 203 may be expressed as Equation 1 below.

Figure 112011069837504-pat00001
Figure 112011069837504-pat00001

여기에서,

Figure 112011069837504-pat00002
는 각각 노드 A(201)가 릴레이 시스템(202)에 전송하는 신호 및 릴레이 시스템(202)이 노드 B에 전송하는 신호이다. 그리고,
Figure 112011069837504-pat00003
는 각각 (i) 노드 A(201)와 릴레이 시스템(202), 릴레이 시스템(202)과 노드 B(203), 릴레이 시스템(202)에서의 자기간섭 채널 게인이다.
Figure 112011069837504-pat00004
는 가우시안 잡음으로 분산은 1이라고 가정한다.From here,
Figure 112011069837504-pat00002
Are the signals that Node A 201 sends to relay system 202 and the signals that Relay system 202 sends to Node B, respectively. And,
Figure 112011069837504-pat00003
Are (i) self-interfering channel gains at node A 201 and relay system 202, relay system 202 and node B 203, and relay system 202, respectively.
Figure 112011069837504-pat00004
Is a Gaussian noise and its variance is assumed to be 1.

릴레이 시스템(202)에서 노드 A(201)로부터의 수신과 노드 B(203)로의 송신이 동시에 이루어짐에 따라

Figure 112011069837504-pat00005
이 릴레이 시스템(202)의 간섭으로써 작용한다. 이를 자기간섭 (self interference)이라고 정의한다.As the relay system 202 receives from node A 201 and transmits to node B 203 simultaneously,
Figure 112011069837504-pat00005
This acts as an interference of the relay system 202. This is defined as self interference.

자기 간섭의 크기는 노드 A(201)로부터 수신하고자 하는 신호에 비해 굉장히 큰 전력을 가지므로, 릴레이 시스템(202)에서 자기간섭은 완전히 제거되어야 성능감소를 막을 수 있다. 릴레이 시스템(202)에서 다중안테나를 이용한 수신 필터

Figure 112011069837504-pat00006
와 송신 필터
Figure 112011069837504-pat00007
가 수학식 2와 같이 적절하게 선택되어야 자기 간섭이 완전히 제거될 수 있다.Since the magnitude of the magnetic interference has a very large power compared to the signal to be received from the node A 201, the magnetic interference in the relay system 202 must be completely eliminated to prevent performance degradation. Receive filter using multiple antennas in relay system 202
Figure 112011069837504-pat00006
And transmit filter
Figure 112011069837504-pat00007
Should be properly selected as shown in Equation 2 to completely eliminate the magnetic interference.

Figure 112011069837504-pat00008
Figure 112011069837504-pat00008

여기서,

Figure 112011069837504-pat00009
은 릴레이 시스템(202)의 수신 필터,
Figure 112011069837504-pat00010
은 릴레이 시스템(202)의 송신 필터,
Figure 112011069837504-pat00011
은 자기 간섭 채널 게인을 의미한다.here,
Figure 112011069837504-pat00009
Is a receive filter of the relay system 202,
Figure 112011069837504-pat00010
Is a transmission filter of the relay system 202,
Figure 112011069837504-pat00011
Denotes the magnetic interference channel gain.

릴레이 시스템(202)에서 노드 B로의 송신되는 신호

Figure 112011069837504-pat00012
은 수학식 3과 같이 표현된다.Signal transmitted from relay system 202 to Node B
Figure 112011069837504-pat00012
Is expressed as in Equation 3.

Figure 112011069837504-pat00013
Figure 112011069837504-pat00013

여기에서

Figure 112011069837504-pat00014
은 복조 (demodulation) 와 재변조 (re-modulation) 연산을 의미한다. From here
Figure 112011069837504-pat00014
Means demodulation and re-modulation operations.

도 2의 릴레이 시스템(202)의 전송용량은 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.The transmission capacity of the relay system 202 of FIG. 2 may be expressed as Equation 4.

Figure 112011069837504-pat00015
Figure 112011069837504-pat00015

수학식 4에 의하면, 릴레이 시스템(202)의 전송 용량은 송신 필터

Figure 112011069837504-pat00016
과 수신 필터
Figure 112011069837504-pat00017
에 따라 결정된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 릴레이 시스템(202)의 자기 간섭을 완전히 제거할 뿐만 아니라 전체 시스템 성능(전송 용량)을 향상시킬 수 있는 송신 필터와 수신 필터를 결정할 수 있다.According to equation (4), the transmission capacity of the relay system 202 is a transmission filter
Figure 112011069837504-pat00016
And receive filter
Figure 112011069837504-pat00017
. According to one embodiment of the present invention, it is possible to determine a transmission filter and a reception filter that can not only completely eliminate the magnetic interference of the relay system 202 but also improve the overall system performance (transmission capacity).

자기 간섭을 완전히 제거하면서도 전송 용량을 최대로 하기 위해서, 릴레이 시스템(202)은 하기 수학식 5를 만족하여야 한다.In order to maximize transmission capacity while completely eliminating magnetic interference, the relay system 202 must satisfy the following equation (5).

Figure 112011069837504-pat00018
Figure 112011069837504-pat00018

여기서, 수학식 2인

Figure 112011069837504-pat00019
을 만족하기 위해서는
Figure 112011069837504-pat00020
과
Figure 112011069837504-pat00021
이 서로 수직이거나 또는
Figure 112011069837504-pat00022
과
Figure 112011069837504-pat00023
이 서로 수직이어야 한다. 즉, 수학식 5에 의하면, 자기 간섭 채널 게인 및 수신 필터에 기초한 제1 벡터와 송신 필터에 기초한 제2 벡터가 서로 수직이어야 한다. 또는, 자기 간섭 채널 게인 및 송신 필터에 기초한 제1 벡터와 수신 필터에 기초한 제2 벡터가 서로 수직이어야 한다.Here, Equation 2
Figure 112011069837504-pat00019
In order to satisfy
Figure 112011069837504-pat00020
and
Figure 112011069837504-pat00021
Are perpendicular to each other or
Figure 112011069837504-pat00022
and
Figure 112011069837504-pat00023
Should be perpendicular to each other. That is, according to Equation 5, the first vector based on the magnetic interference channel gain and the reception filter and the second vector based on the transmission filter should be perpendicular to each other. Or, the first vector based on the magnetic interference channel gain and the transmission filter and the second vector based on the reception filter should be perpendicular to each other.

그리고, 송신 필터와 수신 필터는 직교투영행렬(orthogonal projection matrix)을 이용하여 하기 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.In addition, the transmission filter and the reception filter may be expressed by Equation 6 using an orthogonal projection matrix.

Figure 112011069837504-pat00024
Figure 112011069837504-pat00024

수학식 6에서 사용된 직교투영행렬

Figure 112011069837504-pat00025
와
Figure 112011069837504-pat00026
는 수학식 7로 정의될 수 있다.Orthogonal Projection Matrix Used in Equation 6
Figure 112011069837504-pat00025
Wow
Figure 112011069837504-pat00026
May be defined by Equation 7.

Figure 112011069837504-pat00027
Figure 112011069837504-pat00027

Figure 112011069837504-pat00028
Figure 112011069837504-pat00028

그러면, 수학식 5에 수학식 6을 적용하면, 하기 수학식 8이 도출된다.Then, when Equation 6 is applied to Equation 5, Equation 8 is derived.

Figure 112011069837504-pat00029
Figure 112011069837504-pat00029

수학식 7을 참고하면,

Figure 112011069837504-pat00030
는
Figure 112011069837504-pat00031
에 의해 유일하게 결정된다. 그리고, 코시-슈바르츠 부등식(Cauchy-Schwarz inequality)을 적용하면, 노드 A(201)와 릴레이 시스템(202) 사이의 전송 용량(
Figure 112011069837504-pat00032
)을 최대화하기 위한
Figure 112011069837504-pat00033
은
Figure 112011069837504-pat00034
이라는 제한 조건 하에 정합필터 (matched filter)인
Figure 112011069837504-pat00035
로 결정된다. Referring to Equation 7,
Figure 112011069837504-pat00030
The
Figure 112011069837504-pat00031
Is determined solely by In addition, when the Cauchy-Schwarz inequality is applied, the transmission capacity between the node A 201 and the relay system 202 may be reduced.
Figure 112011069837504-pat00032
) To maximize
Figure 112011069837504-pat00033
silver
Figure 112011069837504-pat00034
Under the constraint of
Figure 112011069837504-pat00035
Is determined.

같은 방식으로, 수학식 7을 참고하면,

Figure 112011069837504-pat00036
는
Figure 112011069837504-pat00037
에 의해 유일하게 결정된다. 그리고, 코시-슈바르츠 부등식(Cauchy-Schwarz inequality)을 적용하면, 릴레이 시스템(202)과 노드 B(203) 사이의 전송 용량(
Figure 112011069837504-pat00038
)을 최대화하기 위한
Figure 112011069837504-pat00039
은
Figure 112011069837504-pat00040
이라는 제한 조건 하에 정합 필터인
Figure 112011069837504-pat00041
로 결정된다.In the same way, referring to Equation 7,
Figure 112011069837504-pat00036
The
Figure 112011069837504-pat00037
Is determined solely by And, applying the Cauchy-Schwarz inequality, the transmission capacity between the relay system 202 and the Node B (203) (
Figure 112011069837504-pat00038
) To maximize
Figure 112011069837504-pat00039
silver
Figure 112011069837504-pat00040
Under the constraint of
Figure 112011069837504-pat00041
Is determined.

따라서, 릴레이 시스템(202)에 대한 최적의 송신 필터와 수신 필터는 서로 연관되어 있으며, 아래 표로 요약될 수 있다.Thus, the optimal transmit filter and receive filter for the relay system 202 are related to one another and can be summarized in the table below.

Figure 112011069837504-pat00042
Figure 112011069837504-pat00042

상기 표에 의하면, 먼저 수신 필터인

Figure 112011069837504-pat00043
의 초기값을 결정하고, 이를 이용해
Figure 112011069837504-pat00044
를 결정한다. 그리고
Figure 112011069837504-pat00045
을 정합필터인
Figure 112011069837504-pat00046
로 결정한다. 그리고, 송신 필터
Figure 112011069837504-pat00047
도 위에서 언급한 방식과 유사한 방식으로 결정될 수 있다.According to the table, first, the reception filter
Figure 112011069837504-pat00043
Determine the initial value of and use it
Figure 112011069837504-pat00044
. And
Figure 112011069837504-pat00045
Is a matched filter
Figure 112011069837504-pat00046
Decide on And the transmission filter
Figure 112011069837504-pat00047
May be determined in a manner similar to that mentioned above.

본 발명의 일실시예에 따른 릴레이 시스템(202)에 대한 송신 필터 및 수신 필터의 설정 방법은

Figure 112011069837504-pat00048
의 초기값에 따라 릴레이 시스템(202)의 성능을 결정한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 2가지 형태의 초기값 설정 방법을 제공한다. Method for setting the transmission filter and the reception filter for the relay system 202 according to an embodiment of the present invention
Figure 112011069837504-pat00048
The performance of the relay system 202 is determined according to the initial value of. According to an embodiment of the present invention, two types of initial value setting methods are provided.

첫 번째 초기값 선택 방법은 자기 간섭 채널 게인의 특이 벡터들 중 하나의 벡터를 수신 필터

Figure 112011069837504-pat00049
의 초기값으로 설정한다. 이 때, 릴레이 시스템(202)의 안테나 개수에 따라 도출되는 송신 필터와 수신 필터는 다르다.The first initial selection method receives a filter of one of the singular vectors of the magnetic interference channel gain.
Figure 112011069837504-pat00049
Set to the initial value of. At this time, the transmission filter and the reception filter derived according to the number of antennas of the relay system 202 are different.

두 번째 초기값 선택 방법은 수학식 9와 같이

Figure 112011069837504-pat00050
과
Figure 112011069837504-pat00051
의 볼록 결합(convex combination)을 초기값으로 설정한다.The second initial value selection method is shown in Equation 9
Figure 112011069837504-pat00050
and
Figure 112011069837504-pat00051
Set the convex combination of to the initial value.

Figure 112011069837504-pat00052
Figure 112011069837504-pat00052

여기서

Figure 112011069837504-pat00053
는
Figure 112011069837504-pat00054
의 범위에서 릴레이 시스템(101)의 전송 용량을 최대화하는 값이다. 일례로, 릴레이 시스템(202)의 안테나 개수가 늘어날수록
Figure 112011069837504-pat00055
는 0 또는 1 중 어느 하나로 선택될 확률이 증가한다. 따라서 릴레이 시스템(202)의 안테나 개수가 충분하다면
Figure 112011069837504-pat00056
의 선택 범위를 0 또는 1로 줄임으로써 릴레이 시스템(202)의 성능을 최대로 하면서도 알고리즘의 복잡도를 낮출 수 있다.here
Figure 112011069837504-pat00053
The
Figure 112011069837504-pat00054
The value of maximizing the transmission capacity of the relay system 101 in the range of. For example, as the number of antennas of the relay system 202 increases
Figure 112011069837504-pat00055
Increases the probability of selecting either 0 or 1. Therefore, if the number of antennas in the relay system 202 is sufficient
Figure 112011069837504-pat00056
By reducing the selection range of to 0 or 1, the complexity of the algorithm can be reduced while maximizing the performance of the relay system 202.

Figure 112011069837504-pat00057
은 노드 A(201)와 릴레이 시스템(202) 간의 전송 용량(
Figure 112011069837504-pat00058
)을 최대화하기 위한 정합 필터인
Figure 112011069837504-pat00059
로 설정된다. 그리고,
Figure 112011069837504-pat00060
는
Figure 112011069837504-pat00061
과 수직인 벡터로 설정된다. 여기서
Figure 112011069837504-pat00062
은 릴레이 시스템(202)과 노드 B(202) 간의 전송 용량 (
Figure 112011069837504-pat00063
)를 최대화하기 위한 정합 필터인
Figure 112011069837504-pat00064
이다. 즉,
Figure 112011069837504-pat00065
는
Figure 112011069837504-pat00066
과 같이 나타낼 수 있다. 여기서
Figure 112011069837504-pat00067
는 하기 수학식 10으로 표현될 수 있다.
Figure 112011069837504-pat00057
Is the transmission capacity between node A 201 and relay system 202
Figure 112011069837504-pat00058
Match filter to maximize)
Figure 112011069837504-pat00059
. And,
Figure 112011069837504-pat00060
The
Figure 112011069837504-pat00061
It is set to a vector perpendicular to. here
Figure 112011069837504-pat00062
Is the transmission capacity between the relay system 202 and the Node B 202 (
Figure 112011069837504-pat00063
Match filter to maximize)
Figure 112011069837504-pat00064
to be. In other words,
Figure 112011069837504-pat00065
The
Figure 112011069837504-pat00066
It can be expressed as here
Figure 112011069837504-pat00067
Can be expressed by the following equation (10).

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 안테나가 2개일 때 전송 용량을 비교한 결과를 도시한 도면이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 안테나가 3개일 때 전송 용량을 비교한 결과를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a result of comparing transmission capacities when two antennas are installed according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram illustrating a result of comparing transmission capacities when there are three antennas according to an embodiment of the present invention.

도 3과 도 4는 모든 채널 (

Figure 112011069837504-pat00069
) 이 Rayleigh fading 으로 가정하고 노드 A, 릴레이 시스템, 노드 B에서의 평균 수신 SNR에 따라 달성 가능한 전송 용량을 비교한 것이다. 3 and 4 show all channels (
Figure 112011069837504-pat00069
Assuming this is Rayleigh fading, we compare the achievable transmission capacity according to the average received SNR at node A, relay system and node B.

도 3과 도 4에서 확인할 수 있듯이 볼록 결합(convex combination)을 통해 수신 벡터의 초기값을 설정하는 방법이 항상 종래 기술보다 우수하다. 특히 릴레이가 3개의 안테나를 이용한 경우, 도 4에서 초기값에 관계없이 릴레이 시스템이 달성할 수 있는 최대 전송용량에 근접하는 것을 확인할 수 있다. As can be seen in Figures 3 and 4, the method of setting the initial value of the received vector through a convex combination is always superior to the prior art. In particular, when the relay uses three antennas, it can be seen that the relay system approaches the maximum transmission capacity that can be achieved regardless of the initial value in FIG. 4.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 릴레이 시스템의 안테나 개수에 따른 전송 용량을 비교한 결과를 도시한 도면이다.5 is a view showing a result of comparing the transmission capacity according to the number of antennas of the relay system according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 3과 도 4와 같이 채널을 설정하고, 각 노드들의 평균 수신 SNR을 20dB로 고정한 상태에서 릴레이 시스템의 안테나 개수에 따라 달성할 수 있는 전송 용량을 나타낸다. 도 5에서 확인할 수 있듯이 릴레이 시스템의 안테나 개수가 증가할수록 본 발명의 일실시예에 따른 전송 용량의 상승폭은 종래 기술보다 커서 달성 가능한 최대 전송 용량에 근접하는 것을 확인할 수 있다.FIG. 5 shows transmission capacity that can be achieved according to the number of antennas of the relay system in a state in which a channel is set as shown in FIGS. 3 and 4 and the average reception SNR of each node is fixed at 20 dB. As can be seen in FIG. 5, as the number of antennas of the relay system increases, an increase in the transmission capacity according to an embodiment of the present invention is larger than that of the related art, and thus it may be confirmed that the maximum transmission capacity is closer to the attainable transmission capacity.

본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. The methods according to embodiments of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

201: 노드 A(송신 노드)
202: 릴레이 시스템
203: 노드 B(수신 노드)201: Node A (Sending Node)
202: relay system
203: Node B (receive node)

Claims (11)

송신 노드와 수신 노드 사이에서 신호의 재전송의 역할을 하는 릴레이가 동일한 주파수와 동일한 시간에 신호를 수신하고 송신하는 전이중의 릴레이 시스템에 있어서,
상기 송신 노드로부터 신호를 수신하고 동시에 신호를 수신 노드로 송신함으로써 발생하는 릴레이 시스템의 자기 간섭에 대응하는 자기 간섭 채널 게인을 결정하는 채널 게인 계산부; 및
상기 자기 간섭 채널 게인에 따른 벡터의 직교 관계를 고려하여 릴레이 시스템에서 자기 간섭이 제거되고 전송 용량을 최대로 하기 위한 릴레이 시스템의 수신 필터와 송신 필터를 결정하는 필터 결정부
를 포함하고,
상기 수신 필터는, 상기 송신 노드로부터 수신하는 신호에 적용되고, 상기 송신 필터는 수신 노드에 전달하는 신호에 적용되는 릴레이 시스템.In a full-duplex relay system in which a relay serving as a retransmission of a signal between a transmitting node and a receiving node receives and transmits a signal at the same frequency and at the same time,
A channel gain calculator for determining a magnetic interference channel gain corresponding to magnetic interference of a relay system generated by receiving a signal from the transmitting node and simultaneously transmitting a signal to the receiving node; And
Filter determination unit for determining the reception filter and the transmission filter of the relay system to remove the magnetic interference in the relay system to maximize the transmission capacity in consideration of the orthogonal relationship of the vector according to the magnetic interference channel gain
Including,
And the receiving filter is applied to a signal received from the transmitting node, and the transmitting filter is applied to a signal transmitted to the receiving node. 제1항에 있어서,
상기 필터 결정부는,
상기 자기 간섭 채널 게인과 릴레이 시스템의 수신 필터를 곱하여 얻는 벡터가 릴레이 송신 필터에 수직이 되도록 릴레이 시스템의 송신 필터를 결정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 시스템.The method of claim 1,
The filter determination unit,
And the transmission filter of the relay system is determined such that the vector obtained by multiplying the magnetic interference channel gain and the reception filter of the relay system is perpendicular to the relay transmission filter. 제2항에 있어서,
상기 필터 결정부는,
상기 자기 간섭 채널 게인과 수신 필터의 곱으로 이루어지는 벡터 공간에 수직인 방향으로 투영하는 제1 직교투영행렬을 이용하여 릴레이 시스템과 수신 노드 간의 전송 용량을 최대화하기 위한 릴레이 시스템의 송신 필터를 결정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 시스템.The method of claim 2,
The filter determination unit,
Determining a transmission filter of the relay system for maximizing transmission capacity between the relay system and the receiving node by using a first orthogonal projection matrix projecting in a direction perpendicular to the vector space formed by the product of the magnetic interference channel gain and the reception filter. Characterized by a relay system. 제3항에 있어서,
상기 필터 결정부는,
자기 간섭 채널 게인과 수신 필터의 곱으로 이루어지는 벡터 공간에 수직인 방향으로 투영하는 제1 직교투영행렬 및 릴레이 시스템과 수신 노드 간의 채널 게인으로 구성된 정합 필터를 이용하여 릴레이 시스템의 송신 필터를 결정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 시스템.The method of claim 3,
The filter determination unit,
Determining a transmission filter of the relay system using a first orthogonal matrix projecting in a direction perpendicular to the vector space consisting of the product of the magnetic interference channel gain and the reception filter and a matching filter composed of the channel gain between the relay system and the receiving node. Characterized by a relay system. 제1항에 있어서,
상기 필터 결정부는,
상기 자기 간섭 채널 게인과 릴레이 송신 필터를 곱하여 얻는 벡터가 릴레이 시스템의 수신 필터에 수직이 되도록 릴레이 시스템의 수신 필터를 결정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 시스템.The method of claim 1,
The filter determination unit,
And determine a reception filter of the relay system such that a vector obtained by multiplying the magnetic interference channel gain and the relay transmission filter is perpendicular to the reception filter of the relay system. 제5항에 있어서,
상기 필터 결정부는,
상기 자기 간섭 채널 게인과 송신 필터의 곱으로 이루어지는 벡터 공간에 수직인 방향으로 투영하는 제2 직교투영행렬을 이용하여 송신 노드와 릴레이 시스템 간의 전송 용량을 최대화하기 위한 릴레이 시스템의 수신 필터를 결정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 시스템.The method of claim 5,
The filter determination unit,
Determining a reception filter of a relay system for maximizing a transmission capacity between a transmitting node and the relay system by using a second orthogonal matrix projecting in a direction perpendicular to the vector space formed by the product of the magnetic interference channel gain and the transmission filter. Characterized by a relay system. 제6항에 있어서,
상기 필터 결정부는,
상기 자기 간섭 채널 게인과 송신 필터의 곱으로 이루어지는 벡터 공간에 수직인 방향으로 투영하는 제2 직교투영행렬 및 송신 노드와 릴레이 시스템 간의 채널 게인으로 구성된 정합 필터를 이용하여 릴레이 시스템의 수신 필터를 결정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 시스템.The method according to claim 6,
The filter determination unit,
Determining a reception filter of a relay system using a matching filter including a second orthogonal projection matrix projecting in a direction perpendicular to a vector space formed by the product of the magnetic interference channel gain and the transmission filter and channel gain between the transmitting node and the relay system Relay system, characterized in that. 제1항에 있어서,
릴레이 시스템의 수신 필터의 초기값을 설정하는 초기값 설정부
를 더 포함하는 릴레이 시스템.The method of claim 1,
Initial value setting part which sets initial value of receiving filter of relay system
Relay system further comprising. 제8항에 있어서,
상기 초기값 설정부는,
상기 자기 간섭 채널 게인의 특이값 분해를 통해 도출된 특이 벡터를 상기 수신 필터의 초기값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 릴레이 시스템.9. The method of claim 8,
The initial value setting unit,
And a singular vector derived through singular value decomposition of the self-interference channel gain is set as an initial value of the reception filter. 제8항에 있어서,
상기 초기값 설정부는,
상기 수신 필터와 관련된 볼록 결합(convex combination)에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 릴레이 시스템.9. The method of claim 8,
The initial value setting unit,
And a convex combination associated with the receive filter. 송신 노드와 수신 노드 사이에서 신호의 재전송의 역할을 하는 릴레이가 동일한 주파수와 동일한 시간에 신호를 수신하고 송신하는 전이중의 릴레이 시스템이 수행하는 필터 설정 방법에 있어서,
상기 송신 노드로부터 신호를 수신하고 동시에 신호를 수신 노드로 송신함으로써 발생하는 릴레이 시스템의 자기 간섭에 대응하는 자기 간섭 채널 게인을 결정하는 단계; 및
상기 자기 간섭 채널 게인에 따른 벡터의 직교 관계를 고려하여 릴레이 시스템에서 자기 간섭이 제거되고 전송 용량을 최대로 하기 위한 릴레이 시스템의 수신 필터와 송신 필터를 결정하는 단계
를 포함하고,
상기 수신 필터는, 상기 릴레이 시스템이 송신 노드로부터 수신하는 신호에 적용되고, 상기 송신 필터는 상기 릴레이 시스템이 수신 노드에 전달하는 신호에 적용되는 필터 설정 방법.A filter setting method performed by a full-duplex relay system in which a relay serving as a signal retransmission between a transmitting node and a receiving node receives and transmits a signal at the same frequency and at the same time,
Determining a magnetic interference channel gain corresponding to magnetic interference of a relay system resulting from receiving a signal from the transmitting node and simultaneously transmitting a signal to the receiving node; And
Determining a reception filter and a transmission filter of the relay system for maximizing transmission capacity by removing magnetic interference from the relay system in consideration of the orthogonal relation of the vectors according to the magnetic interference channel gains;
Including,
And the receiving filter is applied to a signal received by the relay system from a transmitting node, and the transmitting filter is applied to a signal transmitted by the relay system to a receiving node.
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KR101771436B1 (en) * 2016-03-17 2017-08-28 광주과학기술원 Communication method for full duplexing for multi-hop wireless network
KR101792626B1 (en) * 2013-11-29 2017-11-02 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드 Method and device for reducing self-interference signal of communication system

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