KR101251958B1 - 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법 - Google Patents

증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 릴레이 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 레이트 영역을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 제1 단말 노드와 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치에 있어서, 제1 단말 노드에서 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 제2 단말 노드에서 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 전송률 연산부; 전송률 연산부를 통해 연산한 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 기울기 연산부; 및 기울기 연산부를 통해 연산한 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 기울기 연산부를 통해 연산한 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 제1 단말 노드 및 제2 단말 노드 각각의 송신 전력을 결정하는 전력 결정부를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치가 제공된다.

Description

증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PRECODER IN MULTI ANTENA RELAY SYSTEM USING AMPLIFY AND FORWARD}
본 발명은 다중 안테나 릴레이 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 합 전송률을 최적화하기 위한 전처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
고속 통신 및 증대되는 통화량을 수용하기 위해 차세대 통신 시스템에서는 분산적으로 제어되고 구축되면서, 새로운 기지국의 추가와 같은 환경 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 릴레이 시스템이 제안되었다.
일반적으로 릴레이 시스템은 셀 영역 내에서 발생하는 부분적인 음영 지역을 커버하여 셀 서비스 영역을 넓힐 수 있으며, 시스템 용량을 증대시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 릴레이 시스템은 서비스 요구가 적은 초기 상황을 릴레이를 이용함으로써, 초기 설치 비용에 대한 부담을 줄일 수도 있다.
상기 릴레이 시스템은 점대점 다중 입출력 (Multiple Input Multiple Output: MIMO) 시스템과 유사한 성능 이득을 얻기 위해 다중 안테나들을 사용할 수 있다.
상기 릴레이 시스템은 증폭 후 전송 (Amplify and Forward: 이하 ‘AF’로 통칭함) 및 복호 후 전송 (Decode and Forward: 이하 ‘DF’로 통칭함)로 구분할 수 있다. 상기 AF는 DF에 비하여 간단한 구조와 낮은 복잡성을 가지고 있지만 잡음을 증폭시킬 수 있다는 단점이 있다. 상기 DF는 AF 보다 지능화된 중계방식으로 구조가 복잡해지는 단점을 가지고 있다.
한편 릴레이 시스템에 양방향(two-way) 릴레이 방식을 적용할 시, 기지국과 단말로 동시에 통신이 가능하기 때문에 일 방향(one-way) 릴레이 방식을 적용하는 경우에 비해 채널 용량을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
상기 양방향 릴레이 방식을 적용한 릴레이 시스템에 관한 출원으로는 한국공개특허 제10-2011-0020352호, 한국공개특허 제10-2009-0052665호 등이 존재한다. 상기 한국공개특허 제10-2011-0020352호는 평균 채널 정보만을 이용하여 서로 간섭 영향이 최소가 되는 기지국 사용자와 릴레이 사용자를 확률적인 관점에서 선택하고, 고유 빔을 형성함으로써 릴레이 간섭을 최소화는 기술을 제안하고 있다. 상기 한국공개특허 제10-2009-0052665호는 단말의 송신 전력 총합을 최소화되도록 단말에게 하나의 중계국을 할당하고, 중계국의 송신 전력 합을 최소화되도록 중계국의 송신 전력을 결정하여 중계 링크를 설정하는 기술을 제안하고 있다.
한편, 최근에는 고속 통신 및 증대되는 통화량을 수요하기 위해서 LTE 또는 WiBro 등과 같은 제4 세대의 무선 이동 통신 시스템이 개발되고 있다. 즉, 양방향 릴레이 시스템에서도 제4 세대의 무선 이동 통신 시스템을 적용하기 위한 연구가 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 실시 예는 양방향 통신 시스템에서 송신단의 전송률이 서로 다를 경우에 레이트 영역을 획득할 수 있는 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시 예는 제4 세대의 무선 이동 통신 시스템에서 기대하는 전송률이 다를 경우에 최대 전송률을 획득할 수 있는 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 소스단들의 파워 합을 일정하게 유지할 수 있는 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 제1 단말 노드와 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 및 상기 제1 단말 노드와 상기 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치는, 상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 전송률 연산부; 상기 전송률 연산부에 의해 연산된 상기 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기 및 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 기울기 연산부; 및 상기 기울기 연산부에 의해 연산된 상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 기울기 연산부에 의해 연산된 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 제1 단말 노드의 송신 전력 및 상기 제2 단말 노드의 송신 전력을 결정하는 전력 결정부를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 및 상기 제1 단말 노드와 상기 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템의 전처리 장치에서 선형 전처리를 수행하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 및 상기 제1 단말 노드와 상기 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템의 전처리 장치에서 선형 전처리를 수행하는 방법은, 상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 단계; 상기 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기 및 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 단계; 및 상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 제1 단말 노드의 송신 전력 및 상기 제2 단말 노드의 송신 전력을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법은 양방향 통신 시스템에서 송신단의 전송률이 서로 다를 경우에도 용이하게 레이트 영역을 획득할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법은 제4 세대의 무선 이동 통신 시스템에서 기대하는 전송률이 다를 경우에 최대 전송률을 획득할 수 있으므로 성능 이득을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법은 소스단들의 파워 합을 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 장치를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템에서 제1 위상 전력을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템에서 제2 위상 전력을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템에서 레이트 영역을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가중 합 전송률을 나타낸 그래프.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명에 따른 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법의 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
후술될 본 발명의 일 실시 예에서는 릴레이 노드, 제1 단말 노드 및 제2 단말 노드 각각이 복수 개의 안테나를 구비하는 다중 안테나 시스템에서 상기 릴레이 노드를 통해 상기 제1 단말 노드와 상기 제2 단말 노드가 양방향으로 통신할 시에 가중 합 전송률을 극대화하기 위한 레이트 영역을 설정하는 방안에 대해 구체적으로 설명할 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 다중 안테나 릴레이 시스템에서 제1 단말 노드(110), 제1 전송 필터(120), 제1 내지 제k 릴레이 노드 (이하, 릴레이 노드(150)로 통칭함), 제1 내지 제k 릴레이 필터 (이하, 릴레이 필터(160)로 통칭함), 제2 단말 노드(130) 및 제2 전송 필터(140)를 포함한다. 이때, k는 자연수이다.
제1 단말 노드(110)는 제2 단말 노드(130)와 신호를 송수신한다. 이때, 제1 단말 노드(110)는 릴레이 노드(150)를 통해 신호를 송/수신한다. 제1 단말 노드(110)는 복수 개의 안테나를 구비한다.
제1 전송 필터(120)는 제1 단말 노드(110)의 앞 단에서 릴레이 노드(150)를 연결한다. 제1 전송 필터(120)는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 전송할 신호에 대한 프리코딩(precoding)을 수행하고, 상기 프리코딩이 이루어진 신호를 릴레이 노드(150)로 전송한다.
릴레이 노드(150)는 제1 단말 노드(110)와 제2 단말 노드 (130) 사이에 위치하여 수신한 신호를 제1 단말 노드(110) 또는 제2 단말 노드(130)로 중계한다. 예컨대 릴레이 노드(150)는 제1 단말 노드(110)로부터 수신한 신호를 제2 단말 노드(130)로 전송하고, 제2 단말 노드(130)로부터 수신한 신호를 제1 단말 노드(110)로 전송한다. 릴레이 노드(150)는 복수 개의 안테나를 구비한다.
릴레이 필터(160)는 릴레이 노드(150)의 앞 단에 구비된다.
제2 단말 노드(130)는 릴레이 노드(150)와 접속하며 제1 단말 노드(110)와 신호를 송/수신한다. 예컨대 제2 단말 노드(130)는 릴레이 노드(150)를 통해 제1 단말 노드(110)로 신호를 전송하고, 릴레이 노드(150)를 통해 제1 단말 노드(110)로부터 신호를 수신한다.
제2 전송 필터(140)는 제2 단말 노드(130)의 앞 단에서 릴레이 노드(150)를 연결한다. 제2 전송 필터(140)는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 전송할 신호에 대한 프리코딩을 수행하고, 상기 프리코딩이 이루어진 신호를 릴레이 노드(150)로 전송한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전처리 장치(200)는 전송률 연산부(210), 기울기 연산부(220), 전력 결정부(230), 영역 설정부(240), 표시부(250) 및 저장부(260)를 포함한다.
전송률 연산부(210)는 제1 전송률 및 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산한다. 즉, 전송률 연산부(210)는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률과 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 더하여 최종 합 전송률을 연산한다.
전송률 연산부(210)는 최대 합 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산한다. 즉, 전송률 연산부(210)는 전송 위상에서 풀 전력 전송을 통해 신호를 전송하므로, 이를 가정하여 최대 합 전송률을 기반으로 가중 합 전송률을 연산한다. 전송률 연산부(210)는 연산한 가중 합 전송률을 기울기 연산부(220)를 제공한다.
기울기 연산부(220)는 전송률 연산부(210)로부터 가중 합 전송률을 제공 받는다. 기울기 연산부(220)는 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터(160) 및 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산한다. 다시 말하면, 기울기 연산부(220)는 가중 합 전송률을 릴레이 필터(160) 및 전송 필터에 대해 편미분한다. 그리고, 기울기 연산부(220)는 릴레이 필터(160)에 대해 편미분한 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하고, 전송 필터에 대해 편미분한 가중 합 전송률을 이용하여 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산한다. 기울기 연산부(220)는 연산한 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 전력 결정부(230)로 제공한다.
전력 결정부(230)는 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 송신 전력을 결정한다. 구체적으로, 전력 결정부(230)는 기울기 연산부(220)로부터 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 제공 받는다. 전력 결정부(230)는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력을 결정한다. 이때, 전력 결정부(230)는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력을 결정할 수 있다.
전력 결정부(230)는 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 결정한다. 즉, 전력 결정부(230)는 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 제2 가중치를 조절하여 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 결정할 수 있다.
영역 설정부(240)는 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 레이트 영역(rate regions)을 설정한다. 즉, 영역 설정부(240)는 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 가중 합 전송률을 극대화하는 레이트 영역을 설정할 수 있다.
표시부(250)는 전처리 장치(200)의 동작 중에 발생되는 동작 정보 및 결과 정보를 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 수단이다. 예를 들어, 표시부(250)는 제1 전송률 및 제2 전송률을 표시할 수 있으며, 전송률 연산부(210)에서 연산된 최종 합 전송률 및 가중 합 전송률을 표시할 수 있다.
표시부(250)는 기울기 연산부(220)를 통해 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기가 연산되는 과정을 표시할 수 있으며, 기울기 연산부(220)를 통해 연산된 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 표시할 수 있다. 또한, 표시부(250)는 전력 결정부(230)를 통해 송신 전력이 결정되는 과정을 표시할 수 있으며, 결정된 송신 전력을 표시할 수 있다. 표시부(250)는 영역 설정부(240)를 통해 설정된 레이트 영역을 표시할 수 있다. 한편, 표시부(250)는 저장부(260)에 저장된 데이터를 표시할 수 있다.
이러한 표시부(250)는 영역 설정부(240)에서 설정한 레이트 영역을 표시할 수 있으면 그 종류는 무관하다. 예를 들어, 표시부(250)는 액정 표시 장치 (Liquid Crystal Display: LCD), 유기 발광 장치 (Organic Light Emitting Display: OLED), 전기 영동 표시 장치 (Electro Phonetic Display: EPD) 중 하나일 수 있다.
저장부(260)는 전처리 장치(200)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 다양한 프로그램을 저장한다. 또한, 저장부(260)는 프로그램 수행에 의해 생성된 각종 데이터 및 프로그램 수행에 의해 획득된 각종 데이터 등을 저장한다. 예를 들어, 저장부(260)는 전송률 연산부(210)에서 연산한 최종 합 전송률 및 가중 합 전송률을 저장할 수 있다. 저장부(260)는 기울기 연산부(220)에서 연산한 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 저장할 수 있다. 저장부(260)는 전력 결정부(230)에서 결정한 릴레이 노드(150)의 송신 전력, 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(260)는 영역 설정부(240)를 통해 설정된 레이트 영역을 저장할 수 있다.
한편, 저장부(260)는 전처리 장치(200)의 구성 요소인 전송률 연산부(210), 기울기 연산부(220), 전력 결정부(230), 영역 설정부(240) 및 표시부(250)의 요청에 따라 필요한 데이터를 제공할 수 있다. 저장부(260)는 통합 메모리로 이루어지거나, 복수의 메모리들로 세분되어 이루어질 수 잇다. 예를 들어, 저장부(260)는 롬 (Read Only Memory: ROM), 램 (Random Access Memory: RAM) 및 플래시 메모리 (Flash memory) 등으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 방법을 나타낸 순서도이다.
이에 앞서, 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 장치(200)의 구성은 통합되거나 세분화될 수 있는 바, 해당 명칭에 구애 받지 아니하고, 상술한 기능을 수행하는 구성 요소는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 장치(200)의 구성이 될 수 있음을 명확히 한다. 따라서, 이하 본 발명의 전처리 방법을 설명함에 있어서, 각 단계의 주체는 해당 구성 요소가 아닌 전처리 장치(200)를 주체로 하여 설명하기로 한다.
한편, 하기에서 위첨자 (·)T, (·)+, 및 (·)*은 각각 전치행렬, 켤레전치, 및 원소 별 켤레를 나타낸다. ε(·)는 기대 값을 나타내고, I N는 NⅹN 단위 행렬을 나타낸다. Tr(A),
Figure 112012095090628-pat00001
, 및 vec(A)는 각각 행렬 A의 대각 합, 행렬식, 및 스택 칼럼(stacked columns)을 나타내고, A의 프로베니우스 놈 (Frobenius norm)은
Figure 112012095090628-pat00002
과 같이 정의된다.
도 3을 참조하면, 전처리 장치(200)는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산한다(310). 우선, 제1 단말 노드(110)와 제2 단말 노드(130)의 사이에 구비된 모든 다중 입출력 (Multiple Input Multiple Output: MIMO) 링크의 채널 정보는 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 모두로 방송될 수 있고, 릴레이 필터(160)는 해당 릴레이 노드(150)로 방송된다고 가정한다.
제1 채널 위상에서 도 4에 도시된 바와 같이 제1 단말 노드(110)는 제1 전송 필터(120)로 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터(
Figure 112012095090628-pat00003
)를 전송한다. 제1 전송 필터(120)는 제1 단말 노드(110)로부터 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터(
Figure 112012095090628-pat00004
)를 수신하고, 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터(
Figure 112012095090628-pat00005
)와 제1 전송 필터(120)의 신호 벡터(
Figure 112012095090628-pat00006
)를 프리코딩하고, 상기 프리코딩된 신호(
Figure 112012095090628-pat00007
)를 제1 내지 제k 릴레이 노드(150)로 전송한다.
제2 단말 노드(130)는 제2 전송 필터(140)로 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터(
Figure 112012095090628-pat00008
)를 전송한다. 제2 전송 필터(140)는 제2 단말 노드(130)로부터 수신한 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터(
Figure 112012095090628-pat00009
)와 제2 전송 필터(140)의 신호 벡터(
Figure 112012095090628-pat00010
)를 프리코딩하고, 상기 프리코딩된 신호(
Figure 112012095090628-pat00011
)를 제1 내지 제k 릴레이 노드(150)로 전송한다. 이하에서는 제k 릴레이 노드(150)를 예를 들어 설명하기 한다. 여기서, 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터 및 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터 각각은
Figure 112012095090628-pat00012
및
Figure 112012095090628-pat00013
를 갖도록 가정한다.
릴레이 노드(150)는 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130)로부터 신호 벡터를 수신한다. 릴레이 노드(150)에서 수신한 신호 벡터는 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112012095090628-pat00014
여기서, rk는 릴레이 노드(150)에서 수신한 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00015
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00016
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00017
는 제1 전송 노드의 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00018
는 제2 전송 노드의 신호 벡터를 나타낸다. 그리고, nk는 제로 평균을 갖는 부가 복잡 가우시안 잡음 벡터 (additive complex Gaussian noise vector)를 나타내고,
Figure 112012095090628-pat00019
이다.
제2 채널 위상에서 도 5에 도시된 바와 같이 릴레이 노드(150)는 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130)로부터 수신한 신호 벡터와 릴레이 매트릭스를 곱하기 연산하여 릴레이 노드(150)에서 처리된 신호 벡터를 생성한다. 즉, 릴레이 노드(150)에서 처리된 신호 벡터는 [수학식 2]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112012095090628-pat00020
여기서, xk는 릴레이 노드(150)에서 처리된 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00021
는 릴레이 매트릭스, rk는 릴레이 노드(150)에서 수신한 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00022
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00023
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00024
는 제1 전송 노드의 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00025
는 제2 전송 필터(140)의 신호 벡터를 나타낸다. 그리고, nk는 제로 평균을 갖는 부가 복잡 가우시안 잡음 벡터 (additive complex Gaussian noise vector)를 나타낸다.
제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130)는 유효 채널들뿐만 아니라 이전 채널 위상에서 전송된 자신들의 심볼을 알고 있기 때문에 두 단말 모두에서 수신될 경우에 역 전파 자기 간섭 조건이 무효화될 수 있다. 이에 따라, 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각은 자기 간섭을 제거한 후에 릴레이 노드(150)로부터 신호를 수신한다. 릴레이 노드(150)로부터 수신한 신호 벡터는 [수학식 3]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112012095090628-pat00026
여기서,
Figure 112012095090628-pat00027
는 제1 단말 노드(110)에서 자기 간섭을 제거한 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00028
는 제2 단말 노드(130)에서 자기 간섭을 제거한 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00029
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00030
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00031
는 릴레이 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00032
는 제1 전송 필터(120)의 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00033
는 제2 전송 필터(140)의 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00034
는 제1 전송 노드의 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00035
는 제2 전송 필터(140)의 신호 벡터를 나타낸다. 그리고,
Figure 112012095090628-pat00036
및
Figure 112012095090628-pat00037
는 제로 평균 및 분산
Figure 112012095090628-pat00038
을 갖는 복합 화이트 가우시안 잡음 벡터 (complex white Gaussian noise vector)들을 나타낸다.
최대 합 전송률은 [수학식 4]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112012095090628-pat00039
여기서, 가중 합 전송률을 극대화하기 위해서는
Figure 112012095090628-pat00040
와
Figure 112012095090628-pat00041
의 합 전력 조건을 가정할 경우에 가능하다. 여기서,
Figure 112012095090628-pat00042
는 최대 합 전송률,
Figure 112012095090628-pat00043
는 제1 가중치,
Figure 112012095090628-pat00044
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률,
Figure 112012095090628-pat00045
는 제2 가중치,
Figure 112012095090628-pat00046
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 나타낸다. 여기서, 제1 가중치(
Figure 112012095090628-pat00047
) 및 제2 가중치(
Figure 112012095090628-pat00048
)는 음수가 아닌 양수이다.
1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률(
Figure 112012095090628-pat00049
) 및 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률(
Figure 112012095090628-pat00050
)은 [수학식 5]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112012095090628-pat00051
여기서,
Figure 112012095090628-pat00052
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률,
Figure 112012095090628-pat00053
는 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00054
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00055
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스의 켤레전치,
Figure 112012095090628-pat00056
는 릴레이 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00057
는 릴레이 매트릭스의 켤레전치,
Figure 112012095090628-pat00058
는 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터,
Figure 112012095090628-pat00059
는 분산,
Figure 112012095090628-pat00060
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00061
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00062
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00063
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스를 나타낸다. 그리고, 프리 로그 지수 1/2은 반 이중 모드에 의해 발생된다.
최대 합 전송률은 일반적으로 제1 전력 정규화 단말 매트릭스(TA), 제2 전력 정규화 단말 매트릭스(TB), 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스(F1, ......, Fk)에 대해 블록 또는 오목하지 않기 때문에 상기 [수학식 4]에서의 문제는 분석적으로 해결하기 어렵다. 그러므로, 가중 중 합 전송률의 기울기를 계산하고, 릴레이 필터(160) 및 전송 필터를 최적화한다. 최대 합 전송률은 각 전송 위상에서 풀 전력 전송을 통해 이루어지므로, [수학식 4]의 조건으로부터 l=A 및 B인
Figure 112012095090628-pat00064
로 정의되고, k=1, ......, k인
Figure 112012095090628-pat00065
로 정의된다. 여기서, 정규화 인자
Figure 112012095090628-pat00066
및
Figure 112012095090628-pat00067
는 [수학식 6]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112012095090628-pat00068
여기서,
Figure 112011062482963-pat00069
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure 112011062482963-pat00070
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자를 나타낸다. 이러한, 정규화 인자들을 사용할 때, 가중 합 전송률을 극대화하기 위한 최적 필터 매트릭스들을 산출하는 자유로운 극대화 문제가 [수학식 7]과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112012095090628-pat00071
여기서, TA 는 제1 전력 정규화 단말 매트릭스, TB 는 제2 전력 정규화 단말 매트릭스, F1, ......, Fk는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다. 그리고,
Figure 112012095090628-pat00072
는 가중 합 전송률을 나타내며, [수학식 8]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112012095090628-pat00073
여기서,
Figure 112012095090628-pat00074
는 가중 합 전송률,
Figure 112012095090628-pat00075
는 제1 가중치,
Figure 112012095090628-pat00076
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00077
는 제2 가중치,
Figure 112012095090628-pat00078
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스를 나타낸다.
평균 자승 에러 매트릭스(
Figure 112011062482963-pat00079
)는 [수학식 9]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112012095090628-pat00080
여기서, l은 A 및 B이며,
Figure 112011062482963-pat00081
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure 112011062482963-pat00082
는 유효 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00083
는 유효 잡음 공분산 매트릭스를 나타낸다. L이 A 및 B일 때, 유효 채널 매트릭스(
Figure 112011062482963-pat00084
) 및 유효 잡음 공분산 매트릭스(
Figure 112011062482963-pat00085
)는 [수학식 10]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112012095090628-pat00086
여기서,
Figure 112011062482963-pat00087
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00088
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00089
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00090
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스를 나타낸다.
Figure 112011062482963-pat00091
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00092
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00093
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00094
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스를 나타낸다.
전처리 장치(200)는 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산한다(320). 다시 말하면, 전처리 장치(200)는 제1 전력 정규화 단말 매트릭스(TA), 제2 전력 정규화 단말 매트릭스(TB), 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스(F1, ......, Fk)에 대한 상기 [수학식 9]에서의 가중 합 전송률(
Figure 112011062482963-pat00095
)의 기울기를 연산한다. 최대 합 전송률(
Figure 112011062482963-pat00096
)이 실수 함수이기 때문에 기울기는 [수학식 11]로 정의할 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112012095090628-pat00097
가중 합 전송률 함수(
Figure 112012095090628-pat00098
)의 도 함수를 얻기 위해 가중 합 전송률의 미분 값을 연산한다. 미분(
Figure 112012095090628-pat00099
)을 사용할 때, [수학식 8]에서 릴레이 필터(
Figure 112012095090628-pat00100
) 또는 전송 필터(
Figure 112012095090628-pat00101
)에 대한 가중 합 전송률의 편 미분은 [수학식 12]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112012095090628-pat00102
여기서,
Figure 112011062482963-pat00103
은 가중 합 전송률의 편미분,
Figure 112011062482963-pat00104
는 제1 가중치,
Figure 112011062482963-pat00105
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00106
는 제2 가중치,
Figure 112011062482963-pat00107
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스를 나타낸다.
릴레이 필터(
Figure 112011062482963-pat00108
)에 대한 미분은 [수학식 13]과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112012095090628-pat00109
Figure 112012095090628-pat00110
여기서,
Figure 112011062482963-pat00111
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00112
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자,
Figure 112011062482963-pat00113
는 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터,
Figure 112011062482963-pat00114
는 분산,
Figure 112011062482963-pat00115
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00116
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00117
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00118
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
릴레이 필터(160)에 대한 미분은 [수학식 14]와 같이 정의된다.
[수학식 14]
Figure 112012095090628-pat00119
여기서,
Figure 112011062482963-pat00120
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자,
Figure 112011062482963-pat00121
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure 112011062482963-pat00122
는 분산,
Figure 112011062482963-pat00123
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00124
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00125
는 제1 전력 정규화 단말 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00126
는 제2 전력 정규화 단말 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00127
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
[수학식 6]을 통해 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자(
Figure 112011062482963-pat00128
)는 릴레이 필터(
Figure 112011062482963-pat00129
)의 함수이다. [수학식 12]에서 상기 [수학식 13] 및 [수학식 14]의 결과들을 사용하는 일부 매트릭스를 처리한 후에 릴레이 필터(
Figure 112011062482963-pat00130
)에 대한 미분은 [수학식 15]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 15]
Figure 112012095090628-pat00131
결국 도 함수
Figure 112012095090628-pat00132
는 [수학식 15]에서
Figure 112012095090628-pat00133
의 계수로부터 직접 산출될 수 있기 때문에, 릴레이 필터(
Figure 112012095090628-pat00134
)에 대한 가중 합 전송률의 기울기는 [수학식 16]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 16]
Figure 112012095090628-pat00135
여기서,
Figure 112012095090628-pat00136
는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기,
Figure 112012095090628-pat00137
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure 112012095090628-pat00138
는 제1 가중치,
Figure 112012095090628-pat00139
는 제2 가중치,
Figure 112012095090628-pat00140
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00141
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00142
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00143
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00144
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00145
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00146
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00147
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00148
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00149
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00150
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
그리고, 전처리 장치(200)는 [수학식 12]에서 전송 필터(
Figure 112012095090628-pat00151
)에 대한 편 미분을 고려할 때, [수학식 17]과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 17]
Figure 112012095090628-pat00152
Figure 112012095090628-pat00153
여기서,
Figure 112011062482963-pat00154
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00155
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자,
Figure 112011062482963-pat00156
는 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터,
Figure 112011062482963-pat00157
는 분산,
Figure 112011062482963-pat00158
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00159
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00160
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00161
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
[수학식 12]에서 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자(
Figure 112011062482963-pat00162
) 및 전송 필터에 대한 정규화 인자(
Figure 112011062482963-pat00163
)는 [수학식 6]의 전송 필터()의 함수들이기 때문에 [수학식 18]과 같이 정의된다.
[수학식 18]
Figure 112012095090628-pat00165
Figure 112012095090628-pat00166
여기서,
Figure 112011062482963-pat00167
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자,
Figure 112011062482963-pat00168
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure 112011062482963-pat00169
는 분산,
Figure 112011062482963-pat00170
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00171
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00172
는 제1 전력 정규화 단말 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00173
는 제2 전력 정규화 단말 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00174
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
l=A 및 B일 때, 전송 필터(
Figure 112011062482963-pat00175
)에 대한 가중 합 전송률의 기울기는 [수학식 19]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 19]
Figure 112012095090628-pat00176
여기서,
Figure 112012095090628-pat00177
는 전송 필터(
Figure 112012095090628-pat00178
)에 대한 가중 합 전송률의 기울기,
Figure 112012095090628-pat00179
는 전송 필터에 대한 정규화 인자를 나타낸다. l=A 및 B이므로
Figure 112012095090628-pat00180
는 제1 가중치,
Figure 112012095090628-pat00181
는 제2 가중치,
Figure 112012095090628-pat00182
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00183
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00184
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00185
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00186
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure 112012095090628-pat00187
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스를 나타낸다. 그리고,
Figure 112012095090628-pat00188
는 [수학식 20]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 20]
Figure 112012095090628-pat00189
여기서,
Figure 112011062482963-pat00190
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00191
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure 112011062482963-pat00192
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
전처리 장치(200)는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력을 결정하고, 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 결정한다(330). 구체적으로, [수학식 16] 및 [수학식 19]에서 전송 필터(Tl) 및 릴레이 필터(Fk)의 기울기 방향으로 움직일 때 가중 합 전송률이 가장 빠르게 증가할 수 있다. 즉, 전처리 장치(200)는 [수학식 21]을 이용하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력, 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 연산할 수 있다.
[수학식 21]
Figure 112012095090628-pat00193
여기서,
Figure 112012095090628-pat00194
는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기
Figure 112012095090628-pat00195
는 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 나타낸다.
Figure 112012095090628-pat00196
및
Figure 112012095090628-pat00197
는 스텝 사이즈를 나타낸다.
이때, 전처리 장치(200)는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기(
Figure 112012095090628-pat00198
) 및 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기(
Figure 112012095090628-pat00199
) 각각에서 가중 합 전송률이 최대화될 때까지 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력을 결정하고, 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 결정한다.
전처리 장치(200)는 가중 합 전송률을 최대화고, 송신 전력을 결정한 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 레이트 영역을 설정한다(340). 즉, 본 발명에 따른 레이트 영역 및 송신 전력은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 가중치(
Figure 112011062482963-pat00200
) 및 제2 가중치(
Figure 112011062482963-pat00201
)로부터 설정된다. 달성 가능한 레이트 영역은 도 6에 도시된 바와 같이 합 전력 조건을 만족시키는 송신 전력과 레이트 영역 점들의 볼록한 입체로 나타낸다.
도 6에서 도면 번호 610번은 w/적응 전력 최적화를 나타내며, 도 6에서 도면 번호 620번은 w/고정 전력 최적화를 나타낸다. 그리고, 도 6에서 도면 번호 630번은 제1 가중치(
Figure 112011062482963-pat00202
)와 제2 가중치(
Figure 112011062482963-pat00203
)가 0일 경우를 나타낸 것이며, 도 6에서 도면 번호 640은 제1 가중치(
Figure 112011062482963-pat00204
)가 2이고, 제2 가중치(
Figure 112011062482963-pat00205
)가 0일 경우를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가중 합 전송률을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 전처리 방법을 적용할 경우에 효과는 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 도 7에서 도면 번호 710번은
Figure 112012095090628-pat00206
인 나이브(naive) AF 방식을 나타내며, 도면 번호 720번은
Figure 112012095090628-pat00207
을 사용하는 기존 정합 필터 방식을 나타내고, 도면 번호 730번은 다중 릴레이 채널들에 대해 고정된 제1 가중치(
Figure 112012095090628-pat00208
)가 8/5이고, 제2 가중치가 2/5인 방식을 나타내며, 도면 번호 740번은 본 발명에 따른 가중 합 전송률을 이용한 방식을 나타낸다. 즉, 본 발명에 따른 가중 합 전송률을 이용한 방식(740)은 종래의 나이브 AF방식(710)에 비해 10bpz/Hz에서 약 6dB의 SNR 이득을 얻을 수 있으며, 정합 필터 방식에 비해 약 3.5dB의 SNR 이득을 얻을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 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.
110, 130: 단말 노드
120, 140: 전송 필터
150: 릴레이 노드
160: 릴레이 필터
200: 전처리 장치
210: 전송률 연산부
220: 기울기 연산부
230: 전력 결정부
240: 영역 설정부

Claims (14)

  1. 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 및 상기 제1 단말 노드와 상기 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치에 있어서,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 전송률 연산부;
    상기 전송률 연산부에 의해 연산된 상기 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기 및 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 기울기 연산부; 및
    상기 기울기 연산부에 의해 연산된 상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 기울기 연산부에 의해 연산된 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 제1 단말 노드의 송신 전력 및 상기 제2 단말 노드의 송신 전력을 결정하는 전력 결정부를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 전력 결정부는,
    상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치를 조절하여 상기 제1 단말 노드의 송신 전력 및 상기 제2 단말 노드의 송신 전력을 결정함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치를 이용하여 레이트 영역(rate regions)을 설정하는 영역 설정부를 더 포함함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 기울기 연산부는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스 및 전력 정규 릴레이 필터 매트릭스, 상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 유효 채널 매트릭스 및 유효 잡음 공분산 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 유효 채널 매트릭스 및 유효 잡음 공분산 매트릭스 중 적어도 하나를 이용하여 상기 릴레이 필터에 대한 가중치 합 전송률의 기울기 및 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 전송률 연산부는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 상기 가중 합 전송률을 연산함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 전송률 연산부는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스 및 릴레이 매트릭스와 함께 단말 노드에 따라 선택된 제1 단말 노드의 신호 벡터 또는 제2 단말 노드의 신호 벡터를 이용하여 상기 제1 전송률 및 상기 제2 전송률을 연산함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 전송률 연산부는,
    상기 제1 전송률과 상기 제2 전송률을 더하여 최대 합 전송률을 연산하고, 상기 최대 합 전송률을 기반으로 상기 가중 합 전송률을 연산함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  8. 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 및 상기 제1 단말 노드와 상기 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템의 전처리 장치에서 선형 전처리를 수행하는 방법에 있어서,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 단계;
    상기 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기 및 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 단계; 및
    상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 제1 단말 노드의 송신 전력 및 상기 제2 단말 노드의 송신 전력을 결정하는 단계를 포함하는 전처리 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 송신 전력을 결정하는 단계는,
    상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 상기 제1 단말 노드의 송신 전력 및 제2 단말 노드의 송신 전력을 결정하는 단계임을 특징으로 하는 전처리 방법.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 송신 전력을 결정하는 단계 이후에,
    상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치를 이용하여 레이트 영역을 설정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전처리 방법.
  11. 제8 항에 있어서, 상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기 및 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 단계는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스 및 전력 정규 릴레이 필터 매트릭스, 상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 유효 채널 매트릭스 및 유효 잡음 공분산 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 유효 채널 매트릭스 및 유효 잡음 공분산 매트릭스 중 적어도 하나를 이용하여 상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기 및 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 단계임을 특징으로 하는 전처리 방법.
  12. 제8 항에 있어서, 상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계임을 특징으로 하는 전처리 방법.
  13. 제8 항에 있어서, 상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스 및 릴레이 매트릭스와 함께 단말 노드에 따라 선택된 제1 단말 노드의 신호 벡터 또는 제2 단말 노드의 신호 벡터를 이용하여 상기 제1 전송률 및 상기 제2 전송률을 연산하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전처리 방법.
  14. 제8 항에 있어서, 상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계는,
    상기 제1 전송률과 상기 제2 전송률을 더하여 최대 합 전송률을 연산하는 단계; 및
    상기 최대 합 전송률을 기반으로 상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전처리 방법.
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