KR101271892B1 - 전력 제어 방법 및 전력 제어 시스템 - Google Patents

전력 제어 방법 및 전력 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 의한 전력 제어 방법은 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 송신 노드 및 하나 이상의 중계 노드를 포함하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서, 총 전력값을 고정되게 유지하는 단계; 상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제1값으로 가정하여 중계 노드 간 제1전력 비율을 결정하는 단계; 상기 중계 노드 간 제1전력 비율을 이용하여 상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제2값으로 갱신하는 단계; 상기 갱신된 제2값을 이용하여 중계 노드 간 제2전력 비율을 결정하는 단계; 및 상기 갱신된 제2값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전력 제어 방법 및 전력 제어 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING ELECTRIC POWER}
본 발명은 전력 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서의 전력 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 통신 시스템에 존재하는 무선 채널 환경은 유선 채널 환경과 달리 다중 경로 간섭(multipath interference), 쉐도잉(shadowing), 전파 감쇠, 시변 잡음(time varying noise) 및 페이딩(fading) 등과 같은 여러 요인들로 인해 불가피한 오류가 발생하여 정보의 손실이 생긴다. 상기 정보 손실은 실제 송신 신호에 심한 왜곡을 발생시켜 상기 이동 통신 시스템의 전체 성능을 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.
무선 통신 시스템에서 채널 페이딩을 극복하고 통신의 통달범위를 넓히기 위한 방법으로 다수의 노드들이 신호를 중계 하거나 서로 협력 하여 diversity 이득을 획득하는 기법들이 사용된다.
송신 노드와 수신 노드 사이에 직접 경로와 다수의 중계 노드를 사용하는 중계 경로는 서로 독립적이며, 이를 수신 노드에서 동시에 이용할 수 있으면 diversity 이득을 획득할 수 있다.
기존 무선 통신 시스템의 경우, 수신 노드에서 신호를 복조하기 위해 채널 추정을 해야 한다. 그러나 다수의 중계 노드로 인하여 추정해야 할 채널이 많아지므로 수신 노드에서 부담이 커진다.
본 발명의 목적은 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송함으로써, 수신 노드에서는 채널 추정을 피할 수 있는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 목적은 반복 알고리즘을 통해 송신 노드 또는 중계 노드 할당될 전력값 산출하여 할당하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 의하면, 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 송신 노드 및 하나 이상의 중계 노드를 포함하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서, 총 전력값을 고정되게 유지하는 단계; 상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제1값으로 가정하여 중계 노드 간 제1전력 비율을 결정하는 단계; 상기 중계 노드 간 제1전력 비율을 이용하여 상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제2값으로 갱신하는 단계; 상기 갱신된 제2값을 이용하여 중계 노드 간 제2전력 비율을 결정하는 단계; 및 상기 갱신된 제2값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 단계를 포함하는 전력 제어 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 의하면, 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서, 총 전력값 및 전체 중계 노드 전력값을 고정되게 유지하는 단계; 상기 총 전력값 및 상기 전체 중계 노드 전력값을 이용하여 송신 노드 전력값을 획득하는 단계; 송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 송신 노드 전력값, 및 전체 중계 노드 전력값을 적용하여, 평균 공분산이 최대값을 갖도록 중계 노드 전력값을 결정하는 단계- 상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식임-; 및 상기 송신 노드 전력값, 상기 중계 노드 전력값을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 단계를 포함하는 전력 제어 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 의하면, 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서, 총 전력값 및 중계 노드 간 전력 비율을 고정되게 유지하는 단계; 송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 중계 노드 간 전력 비율을 적용하여 평균 공분산이 최대값을 갖도록 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비를 결정하는 단계- 상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식임-; 및 상기 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비, 총 전력값, 및 상기 노드 간 전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 단계를 포함하는 전력 제어 방법이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 의하면, 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 송신 노드 및 하나 이상의 중계 노드를 포함하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 시스템으로서, 총 전력값을 고정되게 유지하는 고정부; 상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제1값으로 가정하여 중계 노드 간 제1전력 비율을 결정하는 가정값 할당부; 상기 중계 노드 간 제1전력 비율을 이용하여 상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제2값으로 갱신하고, 상기 갱신된 제2값을 이용하여 중계 노드 간 제2전력 비율을 결정하는 전력값 결정부; 상기 갱신된 제2값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 전력 할당부; 및 상기 고정부, 상기 가정값 할당부, 상기 전력값 결정부, 및 상기 전력 할당부를 제어하는 제어부를 포함하는 전력 제어 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 의하면, 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 시스템으로서, 총 전력값 및 전체 중계 노드 전력값을 고정되게 유지하는 고정부; 상기 총 전력값 및 상기 전체 중계 노드 전력값을 이용하여 송신 노드 전력값을 획득하고, 송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 송신 노드 전력값, 및 전체 중계 노드 전력값을 적용하여, 평균 공분산이 최대값을 갖도록 중계 노드 전력값을 결정하는 전력값 결정부- 상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식임-; 상기 송신 노드 전력값, 상기 중계 노드 전력값을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 전력 할당부; 및 상기 고정부, 상기 전력값 결정부, 및 상기 전력 할당부를 제어하는 제어부를 포함하는 전력 제어 시스템이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예에 의하면, 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 시스템으로서, 총 전력값 및 중계 노드 간 전력 비율을 고정되게 유지하는 고정부; 송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 중계 노드 간 전력 비율을 적용하여 평균 공분산이 최대값을 갖도록 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비를 결정하는 전력값 결정부- 상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식임-; 상기 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비, 총 전력값, 및 상기 노드 간 전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 전력 할당부; 및 상기 고정부, 상기 전력값 결정부, 및 상기 전력 할당부를 제어하는 제어부를 포함하는 전력 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 일실시예에 의한 전력 제어 방법 및 전력 제어 시스템이 적용되는 무선 통신 시스템은 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송함으로써, 수신 노드에서는 채널 추정을 피할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 전력 제어 방법 및 전력 제어 시스템은 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 무선 통신 시스템에서 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산이 최대값을 갖도록 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당함으로써, 송신 노드에서 전송한 심볼을 수신 노드에서 편리하고, 정확하게 추정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예와 관련된 무선 통신 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예와 관련된 전력 제어 시스템의 블록도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예와 관련된 전력 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일실시예와 관련된 전력 제어 방법이 적용된 무선 통신 시스템과 다른 무선 통신 시스템과의 성능을 비교한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 일실시예와 관련된 전력 제어 시스템 및 전력 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예와 관련된 무선 통신 시스템의 블록도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예와 관련된 무선 통신 시스템은 송신 노드(200), 중계 노드(200), 수신 노드(300), 및 전력 제어 시스템(400) 등을 포함할 수 있다.
이하에서는 차등 변조 기법을 적용된 경우, 수신 노드(300)에서 송신 노드(100)의 송신 심볼을 추정하는 방법에 대해 설명하고, 송신 심볼 추정을 위해 최적을 전력을 송신 노드 및 중계 노드의 전력을 제어하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
송신 노드(100)는 차등 변조 기법을 이용하여 심볼을 전송할 수 있다.
차등 변조 기법이란 송신 노드(100)에서 특정 시간 슬롯(예: 현재 시간 슬롯)의 송신 심볼을 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯(현재 시간 슬롯 이전의 시간 슬롯)의 송신 심볼을 이용하여 변조한 뒤 송신하고, 수신 노드(300)에서는 특정 시간 슬롯에 수신한 심볼을 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 심볼을 이용하여 복조하는 기법이다.
예를 들어, 송신 노드(100)에서의 l번째 차등 변조 심볼은 다음과 같이 표현될 수 있다. 이 경우, 송신 노드(100)에서는 분산 시공간 코드의 일종인 Alamouti 코딩을 사용할 수 있다.
u(l)= S(l)u(l-1) (1)
u(l)은 전력 PS (송신 노드의 전력)를 사용하여 중계 경로(중계 노드를 거쳐 수신 노드에 전달되는 경로)와 직접 경로(중계 노드를 거치지 않고 수신 노드에 바로 전달되는 경로)를 통해 전송된다.
한편, 각 중계 노드(R1, R2,.., RR)에서 u(l)을 수신한 후, 전력 정규화, 위상 조절 후 각 중계 노드의 전력 (Pr,j j=1,...,R)을 사용하여 수신 노드(300)로 재전송할 수 있다.
수신 노드(300)에서 수신한 심볼(y(l))은 다음과 같다.
y(l)= yd(l) + yr(l) (2)
yd(l)는 직접 경로를 통해 수신된 신호를 의미하고, yr(l)은 중계 경로를 통해 수신된 신호를 의미한다.
송신 노드(100)로부터 중계 노드(R, R2,..,RR)까지의 채널과 중계 노드(R, R2,..,RR)로부터 수신 노드(300)까지의 채널을 각각 f j , g j 라 하고, 송신 노드(100)로부터 수신 노드(300)까지의 직접 경로 채널을 h 라고 할 때, yd(l)와 yr(l)은 다음과 같다.
Figure 112011088036517-pat00001
(3)
Figure 112011088036517-pat00002
(4)
식(3), (4)에서
Figure 112011088036517-pat00003
와
Figure 112011088036517-pat00004
는 각 중계 노드(R, R2,..,RR)에서의 위상값과 Alamouti 블록 코딩 행렬이며,
Figure 112011088036517-pat00005
은 각각
Figure 112011088036517-pat00006
의 평균 분산이다. 또한, n sr ,j (l), n rd (l), n sd (l)은 각각 송신 노드(100)와 중계 노드(R, R2,..,RR) 사이의 잡음, 중계 노드(R, R2,..,RR)와 수신 노드(300) 사이의 잡음, 송신 노드(100)와 수신 노드 사이(300)의 잡음이며 CN(0, N 0 ) 의 가우시안 잡음이다.
한편, 중계 노드들(R, R2,..,RR)은 Alamouti 코딩 기법에 의하여 두 노드가 하나의 그룹으로 묶여서 R/2개의 그룹이 존재하며, 동일 그룹에 속하는 중계 노드는 같은 전력과 위상값을 사용할 수 있다.
동일 그룹 안에서 하나의 중계 노드는 자신이 수신한 신호에 블록 코딩 행렬
Figure 112011088036517-pat00007
를 곱하고 다른 하나의 중계 노드는 자신이 수신한 신호의 켤레(conjugate)에 블록 코딩 행렬
Figure 112011088036517-pat00008
을 곱하여 수신 노드(300)로 재전송할 수 있다.
식 (2) 내지 식(4)의 차등 변조된 송신 신호를 수신 노드(300)에서는 다음과 같은 방식으로 복조할 수 있다.
Figure 112011088036517-pat00009
(5)
Figure 112011088036517-pat00010
은 수신 노드(300)에서 추정하는 송신 신호를 의미한다.
식 (5)에서
Figure 112011088036517-pat00011
의 평균값을 평균 공분산
Figure 112011088036517-pat00012
이라 하면 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112011088036517-pat00013
(6)
식 (6)은 수신 노드(3)에서 특정 시간 슬롯(l번째 시간 슬롯)에 수신한 신호(y(l))와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯(l-1번째 시간 슬롯)에 수신한 신호(y(l-1))와의 평균 공분산을 구하는 식을 나타낸다. 상기 식(6)은 송신 노드(100)의 전력값과 중계 노드(R, R2,..,RR)의 전력값을 변수로 포함하고 있다.
즉, 송신 노드(100)에서 차등 변조 기법을 적용하여 송신 심볼을 전송하는 경우, 수신 노드(300)에서는 순시적 정보가 아닌 채널의 통계적 정보인 평균값을 변수로 포함하고 있는 식 (6)을 이용할 수 있다. 이를 통해, 수신 노드(300)에서는 채널 추정을 하지 않고도 송신 심볼을 추정할 수 있다.
평균 공분산
Figure 112011088036517-pat00014
을 최대값을 가질 경우,
Figure 112011088036517-pat00015
이 최적값이 될 수 있다. 따라서 전력 제어 시스템(400)은 평균 공분산이
Figure 112011088036517-pat00016
이 최대값을 가지도록 송신 노드(100)의 전력(PS)과 중계 노드(R, R2,..,RR)의 전력(Pr,j j=1,...,R)을 제어할 수 있다.
이하에서는 전력 제어 시스템(400)이 전력을 제어하는 방법에 대해 설명하도록 하겠다. 상기 전력 제어 방법의 설명의 편의를 일부 용어에 대해 정의하면 다음과 같다.
본 명세서에서 총 전력값 Ptotal 은 송신 노드 전력값(PS)과 전체 중계 노드 전력값(Pr,total)의 총합을 의미한다. 또한, 전체 중계 노드(200) 전력값(Pr,total)은 중계 노드 각각(R, R2,..,RR)의 전력값(Pr,j j=1,...,R)의 총합을 말한다. 송신 노드 전력값은 송신 노드(100)에 부여되는 전력값을 의미하고, 중계 노드 전력값은 중계 노드(R, R2,..,RR)에 부여된 전력값을 의미한다. 중계 노드 간 전력 비율은 전체 중계 노드 전력에서 해당 중계 노드의 전력이 차지하는 비율을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일실시예와 관련된 전력 제어 시스템(400)을 나타내는 블록도이다.
도시된 바와 같이, 전력 제어 시스템(400)은 고정부(410), 가정값 할당부(420), 전력값 결정부(430), 전력 할당부(440), 및 제어부(450)를 포함할 수 있다. 도시된 구성요소는 실시 태양에 따라 일부 구성이 생략될 수도 있고, 다른 구성이 추가될 수도 있다.
고정부(410)는 특정 노드에 부여되는 전력값 또는 노드 간의 상대적인 전력 비율을 등을 고정되게 유지시키는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 고정부(410)는 총 전력값(Ptotal)을 고정되게 유지할 수 있다. 본 명세서에서 고정되게 유지한다는 의미는 특정 노드에 부여되는 전력값 또는 노드 간의 상대적인 전력 비율을 등을 일정한 값으로 고정시키는 것을 의미한다.
가정값 할당부(420)는 최적의 전력값을 결정하기 위해 가정값(예: 초기값) 설정이 필요한 특정 알고리즘을 사용하는 경우, 상기 가정값 할당하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 가정값이라 함은 확정된 값은 아니지만, 특정 알고리즘 적용을 위해 가정되는 값을 의미한다. 상기 가정값 설정은 반복 알고리즘을 수행하는 경우에 유용하게 사용될 수 있다.
전력값 결정부(430)는 특정 알고리즘을 이용하여 송신 노드(100) 또는 중계 노드(R, R2,..,RR)에 할당할 전력값을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전력값 결정부(430) 상기 식 (6)을 이용하여 평균 공분산이 최대값을 갖도록 하는 송신 노드 전력값(PS) 또는 중계 노드 각각(R, R2,..,RR)의 전력값(Pr,j j=1,...,R)을 결정할 수 있다.
전력 할당부(440)는 상기 전력값 결정부(430)에서 결정된 전력값 또는 특정 노드 간의 전력 비율 등을 근거로 송신 노드(100) 또는 중계 노드(R, R2,..,RR)에 전력을 할당할 수 있다.
제어부(450)는 고정부(410), 가정값 할당부(420), 전력값 결정부(430), 및 전력 할당부(440)에서 수행하는 전반적인 기능을 유기적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의한 전력 제어 시스템(400)은 식 (6)의 평균 공분산이
Figure 112011088036517-pat00017
이 최대값을 가지도록 송신 노드(100)의 전력(PS)과 중계 노드(R, R2,..,RR)의 전력(Pr,j j=1,...,R)을 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 의하면, 복수의 중계 노드를 하나의 그룹으로 그룹핑할 수 있다.
예를 들어, 두 중계 노드가 하나의 그룹을 형성하여 동일 그룹에 속하는 중계 노드에는 동일한 전력을 할당할 수 있다.
각 중계 노드의 성질은 다수의 중계 노드 중 선택 된 중계 노드가 단독으로 사용된다고 할 때의 평균 공분산
Figure 112011088036517-pat00018
에 의해 측정될 수 있으며, 이를 바탕으로 가장 큰 평균 공분산
Figure 112011088036517-pat00019
를 갖는 중계 노드부터 가장 작은
Figure 112011088036517-pat00020
를 갖는 중계 노드까지 정렬한 후 두 개의 중계 노드씩 그룹핑할 수 있다. 상기 그룹핑 방법은 Alamouti coding 환경에서 수행될 있다. 상기와 같이 Alamouti coding 기법을 이용하면, 각 경로 간 간섭을 제거할 수 있어, 무선 통신 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는 Alamouti coding 기법을 이용하여 2개의 중계 노드가 하나의 그룹으로 그룹핑된 경우를 예를 들어 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 전력 제어 시스템(400)이 송신 노드(100)와 중계 노드(R, R2,..,RR)에 최적의 전력이 할당되도록 전력을 제어하는 방법을 나타내는 흐름도이다. 특히, 총 전력값(Ptotal)이 제한되어 있을 경우의 전력 제어 방법을 나타낸다.
총 전력값(Ptotal)이 고정되어 있을 경우, 송신 노드 전력값(PS)과 전체 중계 노드 전력값(Pr,total)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011088036517-pat00021
(7)
그리고 각 중계 노드의 전력(Pr,j)은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011088036517-pat00022
(8)
고정부(410)는 총 전력값(Ptotal)을 고정되게 유지할 수 있다(S310).
즉, 총 전력값(Ptotal)이 고정된 경우, 가정값 할당부(420)는 송신 노드(100) 및 전체 중계 노드(200)에 할당할 초기 전력값을 결정할 수 있다(S320). 편의상, 송신 노드(100)에 할당되는 초기 전력값을 제1송신 노드 전력값이라 하고, 전체 중계 노드(200)에 할당할 초기 전력값을 제1전체 중계 노드 전력값이라 한다.
즉, 가정값 할당부(420)는, 총 전력값(Ptotal)이 고정된 경우, 제1송신 노드 전력값과 제1전체 중계 노드 전력값의 비(초기 비율)를 결정함으로써, 제1송신 노드 전력값 및 제1전체 중계 노드 전력값을 결정할 수 있다.
전력값 결정부(430)는 제1송신 노드 전력값 및 제1전체 중계 노드 전력값을 식 (6)에 적용하여, 상기 평균 공분산이 최대값을 가지도록 중계 노드 각각(R, R2,..,RR)의 전력값(Pr,j j=1,...,R)을 구한 후, 중계 노드 간 전력 비율(중계 노드 간 제1전력 비율이라 함)을 구할 수 있다(S330).
전력값 결정부(430)는 상기 중계 노드 간 제1전력 비율을 이용하여 송신 노드 전력값(이하, '제2송신 노드 전력값'이라 함)과 전체 중계 노드 전력값(이하, '제2전체 중계 노드 전력값'이라 함)을 재결정할 수 있다(S340).
예를 들어, 전력값 결정부(430)은 식 (7)과 식(8)에 중계 노드 간 제1전력 비율을 적용하여 α를 구한 후, 제2송신 노드 전력값 및 제2전체 중계 노드 전력값을 결정할 수 있다.
전력값 결정부(430)는 상기 제2송신 노드 전력값 및 상기 제2전체 중계 노드 전력값을 식 (6)에 적용하여, 상기 평균 공분산이 최대값을 가지도록 중계 노드 각각(R, R2,..,RR)의 전력값(Pr,j j=1,...,R)을 구한 후, 중계 노드 간 전력 비율(중계 노드 간 제2전력 비율이라 함)을 구할 수 있다(S350).
그리고 제어부(450)는 상기 제1송신 노드 전력값, 상기 제1전체 중계 노드 전력값, 및 상기 중계 노드 간 제1전력 비율을 상기 식 (6)에 적용하여 산출한 평균 공분산 값(이하, '제1평균 공분산 값'이라 함)과 상기 제2송신 노드 전력값. 상기 제2전체 중계 노드 전력값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 상기 식 (6)에 적용하여 산출한 평균 공분산 값(이하, '제2평균 공분산 값'이라 함)과의 차가 소정 범위 이내인지 여부를 판단할 수 있다(S360).
제1평균 공분산 값과 제2평균 공분산 값의 차가 소정 범위 이내인 경우, 전력 할당부(440)는 상기 제2송신 노드 전력값, 상기 제2전체 중계 노드 전력값, 및 중계 노드 간 제2전력 비율에 근거하여 송신 노드(100) 및 중계 노드(R, R2,..,RR)에 전력을 할당할 수 있다(S370).
다음은 총 전력값(Ptotal) 및 전체 중계 노드 전력값(Pr,total)이 고정되어 있을 때, 전력 제어 시스템(400)이 송신 노드(100) 및 중계 노드(R, R2,..,RR)에 최적의 할당되도록 전력을 제어하는 방법에 대해 설명하도록 하겠다.
도 4는 총 전력값(Ptotal) 및 전체 중계 노드 전력값(Pr,total)이 고정되어 있을 때, 전력 제어 시스템(400)의 전력 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
고정부(410)는 총 전력값(Ptotal) 및 전체 중계 노드 전력값(Pr,total)을 고정되게 유지할 수 있다(S410).
즉, 총 전력값(Ptotal) 및 전체 중계 노드 전력값(Pr,total)이 고정된 경우, 전력값 결정부(430)는 송신 노드 전력값(PS)을 획득할 수 있다(S420). 이는 총 전력값(Ptotal)이 송신 노드 전력값(PS)과 전체 중계 노드 전력값(Pr,total)의 합이기 때문에, 총 전력값(Ptotal) 및 전체 중계 노드 전력값(Pr,total)이 고정된 경우 송신 노드 전력값(PS)은 획득될 수 있다.
전력값 결정부(430)는 송신 노드 전력값 및 전체 중계 노드 전력값을 식 (6)에 적용하여, 상기 평균 공분산이 최대값을 가지도록 중계 노드 각각(R, R2,..,RR)의 전력값(Pr,j j=1,...,R)을 결정할 수 있다(S430).
전력 할당부(440)는 상기 송신 노드 전력값, 상기 중계 노드 전력값에 근거하여 송신 노드(100) 및 중계 노드(R, R2,..,RR)에 전력을 할당할 수 있다(S440).
또한, 본 실시예에서도 복수의 중계 노드를 하나의 그룹으로 그룹핑할 수 있다. 중계 노드를 그룹핑하는 방법에 대해서는 이미 설명했으므로, 여기서는 생략하도록 한다.
다음은 총 전력값(Ptotal) 및 중계 노드 간 전력 비율이 고정되어 있을 때, 전력 제어 시스템(400)이 송신 노드(100) 및 중계 노드(R, R2,..,RR)에 최적의 할당되도록 전력을 제어하는 방법에 대해 설명하도록 하겠다.
도 5는 총 전력값(Ptotal) 및 중계 노드 간 전력 비율이 고정되어 있을 때, 전력 제어 시스템(400)의 전력 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
고정부(410)는 총 전력값(Ptotal) 및 중계 노드 간 전력 비율을 고정되게 유지할 수 있다(S510).
전력값 결정부(430)는 중계 노드 간 전력 비율을 식 (6)에 적용하여, 상기 평균 공분산이 최대값을 가지도록 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비를 결정할 수 있다(S520).
전력 할당부(440)는 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비, 총 전력값, 및 상기 중계 노드 간 전력 비율을 근거로 송신 노드(100) 및 중계 노드(R, R2,..,RR)에 전력을 할당할 수 있다(S530).
또한, 본 실시예에서도 복수의 중계 노드를 하나의 그룹으로 그룹핑할 수 있다. 중계 노드를 그룹핑하는 방법에 대해서는 이미 설명했으므로, 여기서는 생략하도록 한다.
도 6 내지 도 7은 본 발명의 일실시예와 관련된 전력 제어 방법이 적용된 무선 통신 시스템과 다른 무선 통신 시스템과의 성능을 비교한 도면이다.
도 6은 중계 노드가 4개일 때, 수신 노드에서 완벽한 채널 추정을 필요로 하는 기존의 다중 중계 노드 기법들과의 BER(Bit Error Rate) 성능을 비교한 것이다. 시분활 듀플렉스를 사용하는 ‘Li’의 기법은 데이터 전송률에서 손해를 보기 때문에 낮은 성능을 보이며, 중계 경로만을 이용하는 ‘Paredes’의 기법은 diversity 이득 측면에서 손해를 보기 때문에 높은 SNR 로 갈수록 차등변조를 사용하면서 중계 노드와 직접 경로를 동시에 사용하는 기법보다 열악한 성능을 보인다. 또한, 중계 노드를 그룹핑하여 전력 할당하는 방법이 그룹핑을 하지 않고 전력을 할당하는 방법에 비해 약 1dB정도의 이득을 획득할 수 있다.
도 7은 중계 노드가 4개일 때, 모든 채널 정보를 순시 적으로 추정하여 하나의 가장 적합한 중계 노드를 순시 적으로 선택하여 사용하는 최적 중계 노드 선택 기법과의 BER(Bit Error Rate) 성능을 비교한 것이다. 다른 무선 통신 시스템의 경우는 본 발명의 일실시예와 관련된 전력 제어 방법이 적용된 무선 통신 시스템에 비해 채널 추정의 오류가 커질수록 성능이 열화된다. 본 발명의 일실시예와 관련된 전력 제어 방법이 약 5dB정도의 오류에서 10-4 기준 약 1.5dB 정도의 성능 이득이 있다는 것을 확인할 수 있다.
상술한 전력 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 이때, 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 한편, 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
한편, 이러한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다.
또한, 프로그램 명령에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
상기와 같이 설명된 전력 제어 방법 및 전력 제어 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 송신 노드
200: 중계 노드
300: 수신 노드
400: 전력 제어 시스템
410: 고정부
420: 가정값 할당부
430: 전력값 결정부
440: 전력 할당부
450: 제어부

Claims (16)

  1. 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 송신 노드 및 하나 이상의 중계 노드를 포함하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서,
    총 전력값을 고정되게 유지하는 단계;
    상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제1값으로 가정하여 중계 노드 간 제1전력 비율을 결정하는 단계;
    상기 중계 노드 간 제1전력 비율을 이용하여 상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제2값으로 갱신하는 단계;
    상기 갱신된 제2값을 이용하여 중계 노드 간 제2전력 비율을 결정하는 단계; 및
    상기 갱신된 제2값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중계 노드 간 제1전력 비율 결정 단계는 송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 제1값을 적용하여 평균 공분산이 최대값을 갖도록 중계 노드 간 제1전력 비율을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 중계 노드 간 제2전력 비율 결정 단계는 상기 평균 공분산 식에 상기 제2값을 적용하여 평균 공분산이 최대값을 갖도록 중계 노드 간 제2전력 비율을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식인 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전력 할당 단계는
    상기 총 전력값, 상기 제1값, 및 상기 중계 노드 간 제1전력 비율을 상기 평균 공분산 식에 적용하여 제1평균 공분산 값을 산출하는 단계;
    상기 총 전력값, 상기 제2값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 상기 평균 공분산 식에 적용하여 제2평균 공분산 값을 산출하는 단계; 및
    상기 제1평균 공분산 값과 상기 제2평균 공분산 값의 차가 소정 범위 이내인 경우, 상기 갱신된 제2값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전력 제어 방법은
    상기 평균 공분산 식을 이용하여 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 산출하는 단계-상기 각 중계 노드에 대한 평균 공분산은 해당 중계 노드가 단독으로 사용된다고 가정할 때의 공분산임-; 및
    상기 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 고려하여 복수의 중계 노드를 그룹핑하고, 동일 그룹에 속하는 각각의 중계 노드에는 동일한 전력을 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  5. 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 송신 노드 및 하나 이상의 중계 노드를 포함하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서,
    총 전력값 및 전체 중계 노드 전력값을 고정되게 유지하는 단계;
    상기 총 전력값 및 상기 전체 중계 노드 전력값을 이용하여 송신 노드 전력값을 획득하는 단계;
    송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 송신 노드 전력값, 및 전체 중계 노드 전력값을 적용하여, 평균 공분산이 최대값을 갖도록 중계 노드 전력값을 결정하는 단계- 상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식임-; 및
    상기 송신 노드 전력값, 상기 중계 노드 전력값을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 전력 제어 방법은
    상기 평균 공분산 식을 이용하여 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 산출하는 단계-상기 각 중계 노드에 대한 평균 공분산은 해당 중계 노드가 단독으로 사용된다고 가정할 때의 공분산임-; 및
    상기 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 고려하여 복수의 중계 노드를 그룹핑하고, 동일 그룹에 속하는 각각의 중계 노드에는 동일한 전력을 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  7. 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 방법으로서,
    총 전력값 및 중계 노드 간 전력 비율을 고정되게 유지하는 단계;
    송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 중계 노드 간 전력 비율을 적용하여 평균 공분산이 최대값을 갖도록 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비를 결정하는 단계- 상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식임-; 및
    상기 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비, 총 전력값, 및 상기 중계 노드 간 전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전력 제어 방법은
    상기 평균 공분산 식을 이용하여 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 산출하는 단계-상기 각 중계 노드에 대한 평균 공분산은 해당 중계 노드가 단독으로 사용된다고 가정할 때의 공분산임-; 및
    상기 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 고려하여 복수의 중계 노드를 그룹핑하고, 동일 그룹에 속하는 각각의 중계 노드에는 동일한 전력을 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 방법.
  9. 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 송신 노드 및 하나 이상의 중계 노드를 포함하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 시스템으로서,
    총 전력값을 고정되게 유지하는 고정부;
    상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제1값으로 가정하여 중계 노드 간 제1전력 비율을 결정하는 가정값 할당부;
    상기 중계 노드 간 제1전력 비율을 이용하여 상기 송신 노드의 전력값과 전체 중계 노드의 전력값의 비를 제2값으로 갱신하고, 상기 갱신된 제2값을 이용하여 중계 노드 간 제2전력 비율을 결정하는 전력값 결정부;
    상기 갱신된 제2값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 전력 할당부; 및
    상기 고정부, 상기 가정값 할당부, 상기 전력값 결정부, 및 상기 전력 할당부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력값 결정부는 송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 제1값을 적용하여 평균 공분산이 최대값을 갖도록 중계 노드 간 제1전력 비율을 결정하고, 상기 평균 공분산 식에 상기 제2값을 적용하여 평균 공분산이 최대값을 갖도록 중계 노드 간 제2전력 비율을 결정하되,
    상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식인 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 총 전력값, 상기 제1값, 및 상기 중계 노드 간 제1전력 비율을 상기 평균 공분산 식에 적용하여 제1평균 공분산 값을 산출하고, 상기 총 전력값, 상기 제2값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 상기 평균 공분산 식에 적용하여 제2평균 공분산 값을 산출하여 상기 제1평균 공분산 값과 상기 제2평균 공분산 값의 차가 소정 범위 이내인 여부를 판단하고,
    상기 전력 할당부는, 상기 제어부가 판단한 상기 제1평균 공분산 값과 상기 제2평균 공분산 값의 차가 소정 범위 이내 경우, 상기 갱신된 제2값, 및 상기 중계 노드 간 제2전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 평균 공분산 식을 이용하여 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 산출하여, 상기 산출된 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 고려하여 복수의 중계 노드를 그룹핑하고,
    상기 전력 할당부는 동일 그룹에 속하는 각각의 중계 노드에는 동일한 전력을 할당하되,
    상기 각 중계 노드에 대한 평균 공분산은 해당 중계 노드가 단독으로 사용된다고 가정할 때의 공분산인 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
  13. 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 시스템으로서,
    총 전력값 및 전체 중계 노드 전력값을 고정되게 유지하는 고정부;
    상기 총 전력값 및 상기 전체 중계 노드 전력값을 이용하여 송신 노드 전력값을 획득하고, 송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 송신 노드 전력값, 및 전체 중계 노드 전력값을 적용하여, 평균 공분산이 최대값을 갖도록 중계 노드 전력값을 결정하는 전력값 결정부- 상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식임-;
    상기 송신 노드 전력값, 상기 중계 노드 전력값을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 전력 할당부; 및
    상기 고정부, 상기 전력값 결정부, 및 상기 전력 할당부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 평균 공분산 식을 이용하여 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 산출하여, 상기 산출된 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 고려하여 복수의 중계 노드를 그룹핑하고,
    상기 전력 할당부는 동일 그룹에 속하는 각각의 중계 노드에는 동일한 전력을 할당하되,
    상기 각 중계 노드에 대한 평균 공분산은 해당 중계 노드가 단독으로 사용된다고 가정할 때의 공분산인 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
  15. 송신 노드에서 차등 변조 기법을 적용하여 심볼을 전송하는 무선 통신 시스템의 전력 제어 시스템으로서,
    총 전력값 및 중계 노드 간 전력 비율을 고정되게 유지하는 고정부;
    송신 노드 전력값과 중계 노드 전력값을 변수로 포함하는 평균 공분산 식에 상기 중계 노드 간 전력 비율을 적용하여 평균 공분산이 최대값을 갖도록 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비를 결정하는 전력값 결정부- 상기 평균 공분산 식은 수신 노드에서 특정 시간 슬롯에 수신한 신호와 상기 특정 시간 슬롯 바로 이전 시간 슬롯에 수신한 신호와의 평균 공분산을 구하는 식임-;
    상기 송신 노드 전력값과 전체 중계 노드 전력값의 비, 총 전력값, 및 상기 중계 노드 간 전력 비율을 근거로 상기 송신 노드 및 중계 노드에 전력을 할당하는 전력 할당부; 및
    상기 고정부, 상기 전력값 결정부, 및 상기 전력 할당부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 평균 공분산 식을 이용하여 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 산출하여, 상기 산출된 각 중계 노드에 대한 평균 공분산을 고려하여 복수의 중계 노드를 그룹핑하고,
    상기 전력 할당부는 동일 그룹에 속하는 각각의 중계 노드에는 동일한 전력을 할당하되,
    상기 각 중계 노드에 대한 평균 공분산은 해당 중계 노드가 단독으로 사용된다고 가정할 때의 공분산인 것을 특징으로 하는 전력 제어 시스템.
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