KR101279868B1 - Sequential distributed cooperation beamforming method of adaptive bang-bang control type - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 장치 및 방법에 관한 것으로, 무선통신 시스템에서 분산된 단말들의 다중 사용자를 지원하는 상향링크 시스템에서, 초기 위상

Figure 112011093572002-pat00079
로 공통의 협대역 메시지 m(t)를 빔포밍하여 협력통신 기법으로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming)을 수행할 때, 수신단으로부터의 1비트 피드백 신호를 통해 각 단말들의 반복적인 위상 조정을 수행함으로써, 수렴하는 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength) 값의 수렴속도를 기존 방식보다 향상시키는 N 개의 송신 단말들; 및 적응형 뱅뱅 제어 기법을 사용하여 (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도(RSS)를 측정하고 그 값이 n번째 시간까지 가장 컸던 수신신호 강도 값을 비교하여 그 중 큰 값을 저장한 후, (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도 값이 더 크면 '1', 작으면 '0'인 1비트의 피드백 정보를 생성한 후, 상기 N개의 송신단말들로 브로드캐스트 방식으로 1bit feedback 신호를 피드백하는 수신기로 구성된다. The present invention relates to an apparatus and method for sequential distributed cooperative beamforming using an adaptive bang-bang control method. In an uplink system supporting multiple users of distributed terminals in a wireless communication system, an initial phase is provided.
Figure 112011093572002-pat00079
When performing beamforming on a common narrowband message m (t) by using a cooperative communication scheme, it is possible to perform repetitive phase adjustment of each terminal through a 1-bit feedback signal from a receiver. By doing so, N transmitting terminals for improving the convergence speed of the received received signal strength (RSS) value than the conventional scheme; And measure the received signal strength (RSS) of the (n + 1) th time using the adaptive bang bang control technique, compare the received signal strength value that was the largest until the n th time, and store the larger value among them. When the received signal strength value of the (n + 1) th time is greater than 1, feedback information of 1 bit is generated, which is '1', and if it is '0', then the 1-bit feedback signal is broadcasted to the N transmitting terminals. It consists of a receiver that feeds back.

Description

적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 방법{Sequential distributed cooperation beamforming method of adaptive bang-bang control type}Sequential distributed cooperation beamforming method of adaptive bang-bang control type

본 발명은 적응형 뱅뱅 제어(adaptive bang-bang control) 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 방법에 관한 것으로, 특히 무선통신 시스템에서 분산된 단말들의 다중 사용자를 지원하는 상향링크 시스템에서 N 개의 송신 단말들이 공통의 데이터를 가지고 수신기로 협력통신 기법으로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming)을 수행할 때, 수신단으로부터의 1비트 피드백 신호를 통해 각 단말들의 반복적인 위상 조정을 수행함으로써, 수렴하는 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength) 값의 수렴속도를 기존 방식보다 향상시키는, 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a sequential distributed cooperative beamforming method of adaptive bang-bang control, in particular, N transmitting terminals are common in an uplink system supporting multiple users of distributed terminals in a wireless communication system. When performing distributed transmit beamforming to a receiver by using a cooperative communication scheme with the data of the receiver, by performing repetitive phase adjustment of each terminal through a 1-bit feedback signal from a receiver, converged received signal strength ( The present invention relates to a sequential distributed cooperative beamforming method of adaptive bang-bang control, which improves the convergence speed of RSS (Received Signal Strength) values.

근래에 들어서는 단말 간의 협력 전송으로 원거리 무선 통신 각 단말의 송신 거리 및 전송 성능의 한계점을 해결하려는 연구가 진행 중에 있다. 협력 통신은 두 개 이상의 송신기가 가상 안테나 배열(virtual antenna array)을 형성하여 채널의 페이딩에 대해 다이버시티 이득(diversity gain)이나 파워 이득(power gain)을 얻는 통신 방식이다. 협력 전송의 대표적인 예로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming) 방식이 있다.In recent years, research is being conducted to solve the limitations of transmission distance and transmission performance of each terminal in long-distance wireless communication by cooperative transmission between terminals. Cooperative communication is a communication method in which two or more transmitters form a virtual antenna array to obtain diversity gain or power gain for fading of a channel. A representative example of cooperative transmission is a distributed transmit beamforming method.

분산 송신 빔포밍 기술은 공통의 메시지를 갖고 있는 다수의 단말이 비교적 멀리 떨어져 있는 수신단을 향해 다이버시티 이득(diversity gain)과 파워 이득(power gain)을 얻기 위하여 신호를 코히어런트(coherent)하게 더해서 보내는 빔포밍 방식을 의미한다. 분산 송신 빔포밍 방식은 N 개의 단말에 대하여 각 단말의 파워가 고정되어 있다고 했을 때, 전체 파워 이득이 N 배 및 빔포밍 방향성에 의한 N 배의 파워 효율로 신호-대-잡음비(SNR: signal-to-noise ratio) 기준으로 N2 배의 이득을 얻을 수 있다. 이처럼 분산 송신 빔포밍 방식은 높은 신호-대-잡음비 이득을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 통신 거리나 신호를 송신하는데 드는 각 단말의 에너지 소모량도 효율적으로 줄일 수 있다. 분산 송신 빔포밍에서 다루어지는 주요 이슈는 신호를 수신기로 코히어런트하게 전송하기 위해 송신기들 사이에서의 캐리어 주파수 및 위상 동기화에 관련된 문제이다. 마스터-슬레이브 개방 루프 구조(master-slave open-loop architecture)나 라운드-트립 개방 루프 구조(round-trip open-loop architecture)를 사용하여 주파수 동기화(frequency synchronization)가 이루어진 캐리어 신호를 얻는 방식이 각각 [1. G. Barriac, R. Mudumbai, and U. Madhow, "Distributed beamforming for information transfer in sensor networks," in IPSN'04: Proc. of the Third International Symposium on Information Processing in Sensor Networks , 2004, pp. 81-88]과 [2. D. R. Brown, H. V. Poor, "Time-slotted round-trip carrier synchronization for distributed beamforming," IEEE Trans . on Signal Processing, vol. 56, no.11, pp. 5630-5643, Nov. 2008]에 제안되었다.Distributed transmission beamforming technology allows multiple terminals with a common message to coherently add signals to obtain diversity gain and power gain toward a relatively remote receiver. It means the sending beamforming method. In the distributed transmission beamforming method, when the power of each terminal is fixed with respect to the N terminals, the total power gain is N times and N times power efficiency due to the beamforming direction, so that the signal-to-noise ratio (SNR: signal- A gain of N 2 times can be obtained based on the to-noise ratio. In this manner, the distributed transmission beamforming method can not only obtain a high signal-to-noise ratio gain, but also efficiently reduce the communication distance or energy consumption of each terminal for transmitting a signal. The main issue addressed in distributed transmission beamforming is the issue of carrier frequency and phase synchronization between transmitters to coherently transmit a signal to a receiver. Using a master-slave open-loop architecture or a round-trip open-loop architecture to obtain carrier signals with frequency synchronization [ One. G. Barriac, R. Mudumbai, and U. Madhow, "Distributed beamforming for information transfer in sensor networks," in IPSN'04: Proc. of the Third International Symposium on Information Processing in Sensor Networks , 2004, pp. 81-88] and [2. DR Brown, HV Poor, "Time-slotted round-trip carrier synchronization for distributed beamforming," IEEE Trans . on Signal Processing , vol. 56, no. 11, pp. 5630-5643, Nov. 2008].

최근, 채널 정보 없이 일정 시간이 지난 후, 수신기에서의 코히어런트한 위상 정렬을 보인 1비트 피드백을 이용한 분산 송신 빔포밍 방식이 제안되어 각광을 받고 있다[도 1]. 1비트 피드백을 이용한 분산 송신 빔포밍 기술에 소개된 위상 정렬 방식은 송신단의 모든 단말이 동시에 시간 슬롯마다 자신의 신호의 위상에 임의의 위상 변화 값을 통해 위상을 변화시켜 신호를 전송하는데, 수신기에서 측정한 수신 신호 강도(RSS: Received Signal Strength)값이 향상되었으면 변화시킨 위상을 유지하고 작으면 그 전의 위상으로 되돌아가는 방식이다[3. R. Mudumbai, J. Hespanha, U. Madhow, and G. Barriac, "Scalable feedback control for distributed beamforming in sensor networks," in Proc . IEEE Intl . Symp . on Inform. Theory , ISIT'05 , Sept 2005] [4. R. Mudumbai, J. Hespanha, U. Madhow, and G. Barriac, "Distributed transmit beamforming using feedback control," IEEE Trans . on Information Theory, vol. 56, no.1, pp. 411-426, Jan. 2010]. 수신기는 수신 신호를 받고 측정한 빔포밍 이득을 통해 얻어진 피드백 정보를 송신단에 보낸다. 송신단의 각 사용자는 피드백 정보를 보고 위상을 임의로 변화시킬지 유지시킬지를 판단한다. 이와 같은 동작을 반복적으로 수행하여 충분한 송신-피드백 반복 후에 수신기에서 최대 수신 신호 강도 값을 얻어낼 수 있다. 기존 빔포밍 기술 응용으로 제시된 이 기법은 각 단말이 수신단과의 채널 정보를 가지고 있지 않은 상황에서 파일럿을 통해 이루어지는 채널 정보 추정에 대한 과정을 거치지 않고 바로 데이터를 실어서 보내는 방식이므로 실질적인 구현 시나리오에 있어서 복잡성이 줄어든다. 이 방식과 관련된 이론을 기반으로 실제 구현과의 비교를 다룬 내용이 [5. M. Seo, M. Rodwell, and U. Madhow, "A feedback-based distributed phased array technique and its application to 60-GHz wireless sensor network," in Proc. IEEE Int. Microw. Symp. (IMS), Jun. 2008]와 [6. R. Mudumbai, B. Wild, U. Madhow, and K. Ramchandran, "Distributed beamforming using 1 bit feedback: From concept to realization," in Proc . 44 th Allerton Conf . Commun ., Contr . Signal Processing , Sep. 2006]에 제안되었다.Recently, after a predetermined time without channel information, a distributed transmission beamforming method using 1-bit feedback showing coherent phase alignment in a receiver has been proposed and attracted much attention (FIG. 1). The phase alignment scheme introduced in the distributed transmission beamforming technique using 1-bit feedback transmits a signal by changing a phase through a random phase change value in the phase of its signal every time slot at the same time. If the measured Received Signal Strength (RSS) value is improved, the changed phase is maintained, and if it is small, the method returns to the previous phase [3. R. Mudumbai, J. Hespanha, U. Madhow, and G. Barriac, "Scalable feedback control for distributed beamforming in sensor networks," in Proc . IEEE Intl . Symp . on Inform. Theory , ISIT'05 , Sept 2005] [4. R. Mudumbai, J. Hespanha, U. Madhow, and G. Barriac, "Distributed transmit beamforming using feedback control," IEEE Trans . on Information Theory , vol. 56, no. 1, pp. 411-426, Jan. 2010]. The receiver receives the received signal and sends feedback information obtained through the measured beamforming gain to the transmitter. Each user at the transmitting end looks at the feedback information to determine whether to change or maintain the phase arbitrarily. This operation may be performed repeatedly to obtain the maximum received signal strength value at the receiver after sufficient transmit-feedback iterations. This technique, which is proposed as an application of the existing beamforming technology, is a method of directly loading data without going through a process of estimating channel information made through a pilot in a situation where each terminal does not have channel information with a receiver. Complexity is reduced. Based on the theory related to this approach, a comparison with the actual implementation [5. M. Seo, M. Rodwell, and U. Madhow, "A feedback-based distributed phased array technique and its application to 60-GHz wireless sensor network," in Proc. IEEE Int. Microw. Symp. (IMS), Jun. 2008] and [6. R. Mudumbai, B. Wild, U. Madhow, and K. Ramchandran, "Distributed beamforming using 1 bit feedback: From concept to realization," in Proc . 44 th Allerton Conf . Commun ., Contr . Signal Processing , Sep. 2006].

본 발명은 상기 언급한 1비트 피드백을 이용한 분산 송신 빔포밍 시스템에 기반한다. 또한 본 발명은 상기 언급한 방식을 기존 방식으로 지칭하여 새롭게 제안한 방식이 기존 방식 대비 성능이 개선되었음을 보인다. 즉, 무선통신 시스템에서 다수의 단말을 지원하는 상향링크 시스템에서 각 단말이 채널 정보를 얻지 않은 상황에서 신호를 분산 송신 빔포밍해서 전송할 때, 수신 신호 강도 값을 측정하는 수신기로부터 받는 피드백 정보에 따라 각 송신 단말이 전송을 반복하여 수신기의 수신 신호 강도(RSS) 값을 증가시키고 최대 수신 신호 강도에 도달하는 수렴속도를 높이는 방법의 일환으로 송신단의 위상 조절 알고리즘을 새롭게 제시하는 것이다.The present invention is based on the above-mentioned distributed transmission beamforming system using 1-bit feedback. In addition, the present invention refers to the above-mentioned scheme as the existing scheme and shows that the newly proposed scheme is improved in performance compared to the existing scheme. That is, in an uplink system supporting a plurality of terminals in a wireless communication system, when each terminal does not obtain channel information, when a signal is transmitted through distributed transmission beamforming, feedback is received from a receiver measuring a received signal strength value. As a method of increasing the reception signal strength (RSS) value of the receiver and increasing the convergence rate reaching the maximum reception signal strength, each transmitting terminal repeats the transmission and newly proposes a phase adjusting algorithm of the transmitting terminal.

본 발명의 제안 방식은 최적 제어 분야(optimal control)에서 다루어지는 뱅뱅 제어를 분산 송신 빔포밍 시스템에 응용하는 방식이다. 뱅뱅 제어는 제어 변수가 두 가지의 제한된 값들(limiting values) 중 하나를 택해서 제어할 양을 목표값으로 유지하기 위해 조작량의 온/오프 동작을 되풀이하는 방법이다. The proposed method of the present invention is a method of applying bang bang control, which is dealt with in the field of optimal control, to a distributed transmission beamforming system. Bang bang control is a method in which a control variable takes one of two limiting values and repeats the on / off operation of the manipulated variable to maintain the target amount to be controlled.

모든 송신기가 수신기에서 오는 피드백 정보에 따라 동시에 각각 임의의 위상 변화 값을 통해 단말의 위상을 반복적으로 업데이트 하는 기존 방식에 대하여, 제안 방식은 각 시간마다 하나의 송신기만이 고정된 위상 변화 값을 주어 피드백 정보에 따라 위상 변화 값이 제한된 극값을 이동해가면서 단말의 위상 정렬을 이루는 방식이다. With respect to the conventional scheme in which all transmitters repeatedly update the phase of the terminal through random phase shift values at the same time according to feedback information from the receiver, the proposed scheme gives only one transmitter at a fixed phase shift value at each time. According to the feedback information, the phase change of the terminal is performed while the phase shift of the terminal is limited.

제안 방안은 10대 내의 소수의 단말에 대해 기존 방식 대비 수신 신호 강도(RSS:Received Signal Strength)의 증가 속도 증가를 기대할 수 있다. 컴퓨터 모의실험을 통해 노이즈가 없는 환경뿐만 아니라 채널의 페이딩 및 노이즈를 고려한 환경에서도 제안 방식이 기존 방식보다 단말 수가 10개 이하 내에서 수신 신호 강도의 최대 수신 신호 강도 값으로 수렴하는 속도가 빨라짐을 확인한다.
The proposed method can expect an increase rate of received signal strength (RSS) for a small number of terminals within 10 generations. The computer simulations show that the proposed method speeds up convergence to the maximum received signal strength value of the received signal strength within 10 or less than the conventional method in the environment without noise as well as the channel fading and noise. do.

종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 무선통신 시스템에서 분산된 단말들의 다중 사용자를 지원하는 상향링크 시스템에서 N 개의 송신 단말들이 공통의 데이터를 가지고 수신기로 협력통신 기법으로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming)을 수행할 때, 수신단으로부터의 1비트 피드백 신호를 통해 각 단말들의 반복적인 위상 조정을 수행함으로써, 수렴하는 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength) 값의 수렴속도를 기존 방식보다 향상시키는, 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 방법을 제공하는 것이다.
Disclosure of Invention An object of the present invention for solving the problems of the prior art is that in an uplink system supporting multiple users of distributed terminals in a wireless communication system, N transmitting terminals have common data and distributed transmission beamforming to a receiver by a cooperative communication technique. When performing the distributed transmit beamforming, by performing repetitive phase adjustment of each terminal through a 1-bit feedback signal from the receiving end, the convergence speed of the received received signal strength (RSS) value is higher than that of the conventional method. To improve, to provide a sequential distributed cooperative beamforming method of the adaptive bang bang control method.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 장치는, 무선통신 시스템에서 분산된 단말들의 다중 사용자를 지원하는 상향링크 시스템에서, 초기 위상

Figure 112011093572002-pat00001
로 공통의 협대역 메시지 m(t)를 빔포밍하여 협력통신 기법으로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming)을 수행할 때, 수신단으로부터의 1비트 피드백 신호를 통해 각 단말들의 반복적인 위상 조정을 수행함으로써, 수렴하는 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength) 값의 수렴속도를 기존 방식보다 향상시키는 N 개의 송신 단말들; 및 적응형 뱅뱅 제어 기법을 사용하여 (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도(RSS)를 측정하고 그 값이 n번째 시간까지 가장 컸던 수신신호 강도 값을 비교하여 그 중 큰 값을 저장한 후, (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도 값이 더 크면 '1', 작으면 '0'인 1비트의 피드백 정보를 생성한 후, 상기 N개의 송신단말들로 브로드캐스트 방식으로 1bit feedback 신호를 피드백하는 수신기를 포함한다. In order to achieve the object of the present invention, the sequential distributed cooperative beamforming apparatus of the adaptive bang-bang control method according to the present invention, in the uplink system that supports multiple users of the distributed terminals in a wireless communication system, the initial phase
Figure 112011093572002-pat00001
When performing beamforming on a common narrowband message m (t) by using a cooperative communication scheme, it is possible to perform repetitive phase adjustment of each terminal through a 1-bit feedback signal from a receiver. By doing so, N transmitting terminals for improving the convergence speed of the received received signal strength (RSS) value than the conventional scheme; And measure the received signal strength (RSS) of the (n + 1) th time using the adaptive bang bang control technique, compare the received signal strength value that was the largest until the n th time, and store the larger value among them. When the received signal strength value of the (n + 1) th time is greater than 1, feedback information of 1 bit is generated, which is '1', and if it is '0', then the 1-bit feedback signal is broadcasted to the N transmitting terminals. It includes a receiver for feeding back.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 방법은, (a) 무선통신 시스템에서 분산된 단말들의 다중 사용자를 지원하는 상향링크 시스템에서, 초기 위상

Figure 112011093572002-pat00002
로 공통의 협대역 메시지 m(t)를 빔포밍하여 협력통신 기법으로 N 개의 송신 단말들로부터 수신기로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming)을 수행하는 단계; (b) 상기 수신기에서 뱅뱅 제어 기법을 사용하여 (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도(RSS:Received Signal Strength)를 측정하고 그 값이 n번째 시간까지 가장 컸던 수신신호 강도 값을 비교하여 그 중 큰 값을 저장한 후, (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도 값이 더 크면 '1', 작으면 '0'인 1비트의 피드백 정보를 생성한 후, 상기 수신기로부터 상기 N개의 송신단말들로 브로드캐스트 방식으로 상기 1bit 피드백 신호를 피드백하는 단계; 및 (c) 상기 N개의 송신단말에서 상기 수신기로부터 수신된 1비트 피드백 신호를 통해 각 단말들의 반복적인 위상 조정을 수행함으로써, 수렴하는 수신신호 강도(RSS) 값의 수렴속도를 기존 방식보다 향상시키는 단계를 포함한다.
In order to achieve the object of the present invention, the sequential distributed cooperative beamforming method of the adaptive bang bang control method according to the present invention, (a) in the uplink system that supports multiple users of the distributed terminals in a wireless communication system, the initial Phase
Figure 112011093572002-pat00002
Beamforming a common narrowband message m (t) to perform distributed transmit beamforming from N transmitting terminals to a receiver in a cooperative communication scheme; (b) The receiver measures the received signal strength (RSS) of the (n + 1) th time using a bang bang control technique and compares the received signal strength value which is the largest until the n th time. After storing the larger value, and generates the 1-bit feedback information of '1' if the received signal strength value of the (n + 1) th time is larger and '0' if it is small, the N transmissions from the receiver Feeding back the 1-bit feedback signal in a broadcast manner to terminals; And (c) repetitive phase adjustment of each terminal through the 1-bit feedback signal received from the receiver in the N transmitting terminals, thereby improving the convergence speed of converged received signal strength (RSS) values over the conventional scheme. Steps.

본 발명에 따른 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 방법은 무선 통신 시스템에서 분산된 단말들의 협력 통신 기법으로써 분산 송신 빔포밍 기법을 제안하여 각 송신 단말에 채널 정보를 필요치 않고, 송신단의 1bit 피드백 신호만을 필요로 하여 구현이 단순한 장점이 있다. 또한, 본 발명은 뱅뱅 제어(bang-bang control) 기법을 기반으로 기존 1 bit 피드백 기법 대비 최대 빔포밍 이득을 취하기 위한 송신-피드백 반복이 적게 필요하여 기존 해외 기술의 대응 기술로써 기술을 선점할 수 있게 된다.The sequential distributed cooperative beamforming method of the adaptive bang-bang control method according to the present invention proposes a distributed transmission beamforming technique as a cooperative communication technique of distributed terminals in a wireless communication system, so that channel information is not required for each transmitting terminal, and 1 bit of a transmitting end is used. Only a feedback signal is required, so the implementation is simple. In addition, the present invention requires less transmission-feedback repetition to obtain the maximum beamforming gain compared to the existing 1-bit feedback technique based on the bang-bang control technique. Will be.

또한, 본 발명이 고려하는 분산 협력 통신 시스템은 군사 로봇 시스템에서 로봇 간의 협력을 통해 통신 범위를 높일 수 있으며, 구현에 필요한 복잡도가 낮으면서 1bit 피드백만을 필요로 하기에 적의 신호 탐지 등에 강한 통신망을 구현할 수 있다.In addition, the distributed cooperative communication system considered by the present invention can increase the communication range through the cooperation between robots in the military robot system, and implements a strong communication network for detecting enemy signals since it requires only 1 bit feedback while having low complexity for implementation. Can be.

또한, 센서 네트워크 및 일반 무선 통신 환경에서 단말 간 협력을 통해 단말의 통신 범위를 높이는 기술로 사용할 수 있으며, 제안된 협력 빔포밍 기술을 사용하여 일반적인 센서 네트워크 정보 수집 및 재난 구호 통신 등 다양한 분산 협력 통신 시나리오에 적용 가능한 기법으로 그 응용 범위가 넓게 활용이 가능하다.
In addition, it can be used as a technology to increase the communication range of the terminal through cooperation between terminals in the sensor network and general wireless communication environment, and various distributed cooperative communication such as general sensor network information collection and disaster relief communication using the proposed cooperative beamforming technology. As a technique applicable to scenarios, its application range can be widely used.

도 1은 종래의 1비트 피드백을 이용한 분산 송신 빔포밍 시스템(distributed transmit beamforming system)을 나타낸다.
도 2는 종래의 N개의 단말이 동시에 위상(phase)을 임의의 위상 변화 값을 통해 변화시키는 기존 방식의 분산 송신 빔포밍 시스템을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 N개의 단말 중, 하나의 단말이 위상을 정해진 값으로 변화시키는 제안 방식의 분산 송신 빔포밍 시스템을 나타낸다.
도 4는 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 3개의 단말에 대해 위상 변화 값을 변화시키면서 이론적인 최대 수신 신호 강도 값의 99%에 수렴했을 때의 송신-피드백 반복을 비교한 모의실험 결과이다.
도 5는 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 2개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값을 비교한 모의실험 결과이다.
도 6은 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 3개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값을 비교한 모의실험 결과이다.
도 7은 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 5개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값을 비교한 모의실험 결과이다.
도 8은 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 10개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값을 비교한 모의실험 결과이다.
도 9는 노이즈 및 페이딩을 고려한 시스템에서 2개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값을 비교한 모의실험 결과이다.
도 10은 노이즈 및 페이딩을 고려한 시스템에서 3개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값을 비교한 모의실험 결과 이다.
도 11은 노이즈 및 페이딩을 고려한 시스템에서 5개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값을 비교한 모의실험 결과 이다.
도 12는 노이즈 및 페이딩을 고려한 시스템에서 10개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값을 비교한 모의실험 결과 이다. 1 illustrates a conventional distributed transmit beamforming system using 1-bit feedback.
FIG. 2 shows a conventional distributed transmission beamforming system in which N conventional terminals simultaneously change a phase through an arbitrary phase change value.
3 shows a distributed transmission beamforming system of the proposed method in which one terminal among N terminals of the present invention changes a phase to a predetermined value.
4 is a simulation result comparing transmission-feedback repetition when convergence to 99% of the theoretical maximum received signal strength value while changing phase change values for three terminals in a system without considering noise and fading.
FIG. 5 is a simulation result comparing received signal strength values obtained whenever transmission-feedback repetition is performed for two terminals in a system without considering noise and fading.
FIG. 6 is a simulation result comparing received signal strength values obtained whenever transmission-feedback repetition is performed for three terminals in a system without considering noise and fading.
7 is a simulation result comparing received signal strength values obtained every time transmission-feedback repetition is performed for five terminals in a system without considering noise and fading.
FIG. 8 is a simulation result comparing received signal strength values obtained whenever transmission-feedback repetition is performed for 10 terminals in a system without considering noise and fading.
FIG. 9 is a simulation result comparing received signal strength values obtained whenever transmission-feedback repetition is performed for two terminals in a system considering noise and fading.
10 is a simulation result comparing received signal strength values obtained every time transmission-feedback repetition is performed for three terminals in a system considering noise and fading.
FIG. 11 is a simulation result comparing received signal strength values obtained every time transmission-feedback repetition is performed for five terminals in a system considering noise and fading.
12 is a simulation result comparing received signal strength values obtained every time transmission-feedback repetition is performed for 10 terminals in a system considering noise and fading.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail the configuration and operation.

도 1은 종래의 1비트 피드백을 이용한 분산 송신 빔포밍 시스템(distributed transmit beamforming system)을 나타낸다. 1 illustrates a conventional distributed transmit beamforming system using 1-bit feedback.

도 2는 종래의 N개의 단말이 동시에 위상(phase)을 임의의 위상 변화 값을 통해 변화시키는 기존 방식의 분산 송신 빔포밍 시스템을 나타낸다.FIG. 2 shows a conventional distributed transmission beamforming system in which N conventional terminals simultaneously change a phase through an arbitrary phase change value.

본 발명은 무선통신 시스템에서 분산된 단말들의 협력통신 기법으로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming system) 기법을 사용하여 다중 사용자를 지원하는 상향링크 시스템에서 N 개(N은 1이상의 자연수)의 송신 단말들(20,21,2n)이 공통의 데이터를 가지고 분산 송신 빔포밍을 수행할 때, 수신기(10)로부터의 1비트 피드백(1bit feedback) 신호를 통해 각 단말들의 반복적인 위상 조정을 수행함으로써, 수렴하는 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength) 값의 수렴속도를 기존 방식보다 향상시키는 방안을 제안한다.The present invention is a cooperative communication technique of distributed terminals in a wireless communication system using N (N is one or more natural numbers) transmitting terminals in an uplink system supporting multiple users using a distributed transmit beamforming system technique. When the 20, 21, and 2n perform distributed transmission beamforming with common data, by performing repetitive phase adjustment of each terminal through a 1-bit feedback signal from the receiver 10, We propose a method to improve the convergence speed of converged received signal strength (RSS) values over the conventional method.

본 발명의 기본 시스템은 상기 수신기(10)에서 거리가 충분히 떨어져 있는 상기 N 개의 송신 단말(20,21,2n)이 상기 수신기(10)로 초기 위상

Figure 112011093572002-pat00003
로 공통의 협대역 메시지 m(t)를 빔포밍하여 분산 전송시, i 번째 단말의 신호 전송을 고려했을 때, 복소 기저대역 신호를
Figure 112011093572002-pat00004
(A와
Figure 112011093572002-pat00005
는 변조에 의한 i번째 단말의 복소 이득의 크기와 위상), 복소 채널을
Figure 112011093572002-pat00006
(
Figure 112011093572002-pat00007
와
Figure 112011093572002-pat00008
는 i번째 단말과 수신기 사이의 채널 이득 크기와 위상), 단말의 로컬 오실레이터(LO: local oscillator, 국부발진기)에 의해 생기는 위상 오프셋을
Figure 112011093572002-pat00009
라 하면, 수신기(10)에서의 수신 신호 y(t)는 다음 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다. In the basic system of the present invention, the N transmitting terminals 20, 21, 2n, which are sufficiently far from the receiver 10, have an initial phase with the receiver 10.
Figure 112011093572002-pat00003
In the distributed transmission by beamforming a common narrowband message m (t) to a complex baseband signal when considering the signal transmission of the i th terminal,
Figure 112011093572002-pat00004
(A and
Figure 112011093572002-pat00005
Is the magnitude and phase of the complex gain of the i-th terminal due to modulation),
Figure 112011093572002-pat00006
(
Figure 112011093572002-pat00007
Wow
Figure 112011093572002-pat00008
Is the channel gain magnitude and phase between the i th terminal and the receiver, and the phase offset generated by the local oscillator (LO) of the terminal.
Figure 112011093572002-pat00009
In this case, the received signal y (t) at the receiver 10 may be represented by Equation 1 below.

Figure 112011093572002-pat00010
Figure 112011093572002-pat00010

여기서, y(t)는 수신기에서의 수신신호, A와

Figure 112011093572002-pat00011
는 변조에 의한 i번째 단말의 복소 이득의 크기와 위상,
Figure 112011093572002-pat00012
는 송신 단말의 로컬 오실레이터(LO)에 의해 생기는 위상 오프셋,
Figure 112011093572002-pat00013
와
Figure 112011093572002-pat00014
는 i번째 단말과 수신기 사이의 채널 이득 크기와 위상, m(t)는 공통의 협대역 메시지, n(t)는 수신기에서 수신한 부가 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise)으로
Figure 112011093572002-pat00015
분포를 따른다. 또한, 단말들은 한정된 전력을 가진다고 가정한다. 일반성의 손실없이, 복소 기저대역 신호의 크기 A=1 이라 한다. 복소 채널 이득 h i 와 위상 오프셋
Figure 112011093572002-pat00016
는 송신단과 수신단에서는 그 값을 인지할 수 없는 값이지만 수신기가 수신 신호 강도(RSS)의 수렴값을 얻는 시간동안 크게 변하지 않는다고 가정한다. 즉, 평탄 페이딩(flat fading) 상황을 고려한다. Where y (t) is the received signal at the receiver,
Figure 112011093572002-pat00011
Is the magnitude and phase of the complex gain of the i th terminal due to modulation,
Figure 112011093572002-pat00012
Is the phase offset generated by the local oscillator (LO) of the transmitting terminal,
Figure 112011093572002-pat00013
Wow
Figure 112011093572002-pat00014
Is the channel gain magnitude and phase between the i-th terminal and the receiver, m (t) is the common narrowband message, and n (t) is the additive white Gaussian noise received by the receiver.
Figure 112011093572002-pat00015
Follow the distribution. In addition, it is assumed that the terminals have a limited power. Without loss of generality, the magnitude A of the complex baseband signal is referred to. Complex channel gain h i and phase offset
Figure 112011093572002-pat00016
It is assumed that the value of the transmitter and the receiver is not recognizable but does not change significantly during the time when the receiver acquires the convergence value of the received signal strength (RSS). In other words, consider a flat fading situation.

따라서, 송신단말에서 상기 언급한 두 성분의 정확한 값을 알지 못하는 상황에서 수신 신호 강도 값(RSS)을 반복적으로 조절하여 수렴할 수 있도록 하는 요소는 i번째 단말의 복소 기저대역 신호의 위상

Figure 112011093572002-pat00017
뿐이라고 생각할 수 있다. 이로부터 수신기로부터 측정된 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength)를 [수학식 2]와 같이 표현할 수 있다.Therefore, in the situation where the transmitting terminal does not know the exact values of the above-mentioned two components, the factor that enables the convergence by adjusting the received signal strength value (RSS) repeatedly is the phase of the complex baseband signal of the i-th terminal.
Figure 112011093572002-pat00017
I can think of only. From this, the received signal strength (RSS) measured from the receiver may be expressed as shown in [Equation 2].

Figure 112011093572002-pat00018
Figure 112011093572002-pat00018

여기서, RSS(t)는 수신기(10)로부터 측정된 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength),

Figure 112011093572002-pat00019
는 i번째 단말의 복소 기저대역 신호의 위상,
Figure 112011093572002-pat00020
는 단말의 로컬 오실레이터(LO:Local Oscillator)에 의해 생기는 위상 오프셋,
Figure 112011093572002-pat00021
와
Figure 112011093572002-pat00022
는 i번째 단말과 수신기 사이의 채널 이득 크기와 위상, m(t)는 공통의 협대역 메시지, n(t)는 수신기에서 수신한 부가 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise)이다. Here, RSS (t) is the received signal strength (RSS) measured from the receiver 10,
Figure 112011093572002-pat00019
Is the phase of the complex baseband signal of the i-th terminal,
Figure 112011093572002-pat00020
Is the phase offset generated by the local oscillator (LO) of the terminal,
Figure 112011093572002-pat00021
Wow
Figure 112011093572002-pat00022
Is the channel gain magnitude and phase between the i-th terminal and the receiver, m (t) is a common narrowband message, and n (t) is additive white Gaussian noise received by the receiver.

채널 페이딩 및 노이즈를 고려하지 않은 분산 송신 빔포밍 시스템으로 1비트 피드백 정보를 이용하여 각 단말의 기저대역 신호의 위상

Figure 112011093572002-pat00023
를 시간에 따라 조절해가면서 수신단에서 수신 신호 강도(RSS)의 최대값을 얻을 수 있는 알고리즘이 소개 되었다[3. R. Mudumbai, J. Hespanha, U. Madhow, and G. Barriac, "Scalable feedback control for distributed beamforming in sensor networks," in Proc . IEEE Intl . Symp. on Inform . Theory , ISIT'05 , Sept 2005] [4. R. Mudumbai, J. Hespanha, U. Madhow, and G. Barriac, "Distributed transmit beamforming using feedback control," IEEE Trans . on Information Theory, vol. 56, no.1, pp. 411-426, Jan. 2010]. 이는 도 2에 도시된 것처럼 모든 단말이 동시에 매 시간마다 임의의 위상 변화를 부가하여 송신 신호의 위상을 조절하는 방식이다. 수신기(10)는 결합된 신호의 수신신호 강도(RSS)를 측정한 후 기존에 저장하고 있는 값과 비교하여 저장하고 있는 값보다 크면 측정한 값을 새로 저장하고 작으면 기존 값을 그대로 유지하여, 그 결과를 반영한 1비트 피드백 정보를 송신 단말들에게 브로드캐스트 한다. 송신 단말들(20,21,2n)은 피드백 정보에 따라 임의의 위상 변화를 반복적으로 수행하여 결국 위상 코히어런스(phase coherence)를 통한 최대의 빔포밍 이득을 얻게 된다.This is a distributed transmission beamforming system that does not take channel fading and noise into consideration. Phase of baseband signal of each terminal using 1-bit feedback information.
Figure 112011093572002-pat00023
The algorithm is introduced to obtain the maximum value of the received signal strength (RSS) at the receiving end while adjusting the time according to [3. R. Mudumbai, J. Hespanha, U. Madhow, and G. Barriac, "Scalable feedback control for distributed beamforming in sensor networks," in Proc . IEEE Intl . Symp. on Inform . Theory , ISIT'05 , Sept 2005] [4. R. Mudumbai, J. Hespanha, U. Madhow, and G. Barriac, "Distributed transmit beamforming using feedback control," IEEE Trans . on Information Theory , vol. 56, no. 1, pp. 411-426, Jan. 2010]. As shown in FIG. 2, all terminals simultaneously adjust a phase of a transmission signal by adding a random phase change every hour. The receiver 10 measures the received signal strength (RSS) of the combined signal and compares it with a previously stored value, and if the value is larger than the stored value, the receiver 10 newly stores the measured value and maintains the existing value as it is. The 1-bit feedback information reflecting the result is broadcast to the transmitting terminals. The transmitting terminals 20, 21, and 2n repeatedly perform any phase change according to the feedback information, thereby eventually obtaining the maximum beamforming gain through phase coherence.

도 3은 본 발명의 N개의 단말 중, 하나의 단말이 위상을 정해진 값으로 변화시키는 제안 방식의 분산 송신 빔포밍 시스템을 나타낸다. 3 shows a distributed transmission beamforming system of the proposed method in which one terminal among N terminals of the present invention changes a phase to a predetermined value.

본 발명에 따른 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 장치는, 무선통신 시스템에서 분산된 단말들의 다중 사용자를 지원하는 상향링크 시스템에서, 초기 위상

Figure 112011093572002-pat00024
로 공통의 협대역 메시지 m(t)를 빔포밍하여 협력통신 기법으로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming)을 수행할 때, 수신단으로부터의 1비트 피드백 신호를 수신받아 각 단말들의 반복적인 위상 조정을 수행함으로써, 수렴하는 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength) 값의 수렴속도를 기존 방식보다 향상시키는 N 개의 송신 단말들(20,21,2n); 및 적응형 뱅뱅 제어 기법을 사용하여 (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도(RSS)를 측정하고 그 값이 n번째 시간까지 가장 컸던 수신신호 강도 값(RSS)을 비교하여 그 중 큰 값을 저장한 후, (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도 값이 더 크면 '1', 작으면 '0'인 1비트의 피드백 정보를 생성한 후, 상기 N개의 송신단말들(20,21,2n)로 브로드캐스트 방식으로 1bit feedback 신호를 피드백하는 수신기(10)를 포함한다.The sequential distributed cooperative beamforming apparatus of the adaptive bang-bang control method according to the present invention is an initial phase in an uplink system supporting multiple users of distributed terminals in a wireless communication system.
Figure 112011093572002-pat00024
When performing a distributed transmit beamforming using a cooperative communication scheme by beamforming a common narrowband message m (t), a repeating phase adjustment of each terminal is received by receiving a 1-bit feedback signal from a receiver. By performing, N transmitting terminals 20, 21, 2n to improve the convergence speed of the received received signal strength (RSS) value than the conventional scheme; And measure the received signal strength (RSS) of the (n + 1) th time using the adaptive bang-bang control technique, compare the received signal strength value (RSS) whose value was the largest until the n th time, After storing, after generating the 1-bit feedback information of '1' if the received signal strength value of the (n + 1) th time is larger and '0' if it is small, the N transmitters 20, 21, 2n) and a receiver 10 for feeding back a 1-bit feedback signal in a broadcast manner.

상기 N개의 송신 단말들(20,21,2n)은 수신기(10)로부터 수신된 1비트 피드백 신호에 따라 임의의 위상 변화를 반복적으로 수행하여 결국 위상 코히어런스(phase coherence)를 통한 최대의 빔포밍 이득을 얻게 되는 것을 특징으로 한다. The N transmitting terminals 20, 21, and 2n repeatedly perform a random phase change according to the 1-bit feedback signal received from the receiver 10, and ultimately, the maximum beam through phase coherence. Characterized by gaining the forming gain.

본 발명에 따른 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 방법은, (a) 무선통신 시스템에서 분산된 단말들의 다중 사용자를 지원하는 상향링크 시스템에서, 초기 위상

Figure 112011093572002-pat00025
로 공통의 협대역 메시지 m(t)를 빔포밍하여 협력통신 기법으로 N 개의 송신 단말들(20,21,2n)로부터 수신기(10)로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming)을 수행하는 단계; (b) 상기 수신기(10)에서 뱅뱅 제어 기법을 사용하여 (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도(RSS:Received Signal Strength)를 측정하고 그 값이 n번째 시간까지 가장 컸던 수신신호 강도 값을 비교하여 그 중 큰 값을 저장한 후, (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도 값이 더 크면 '1', 작으면 '0'인 1비트의 피드백 정보를 생성한 후, 상기 수신기(10)로부터 상기 N개의 송신단말들(20,21,2n)로 브로드캐스트 방식으로 상기 1bit 피드백 신호를 피드백하는 단계; 및 (c) 상기 N개의 송신단말(20,21,2n)에서 상기 수신기(10)로부터 수신된 1비트 피드백 신호를 통해 각 단말들의 반복적인 위상 조정을 수행함으로써, 수렴하는 수신신호 강도(RSS) 값의 수렴속도를 기존 방식보다 향상시키는 단계를 포함한다. The sequential distributed cooperative beamforming method of the adaptive bang bang control method according to the present invention is (a) an initial phase in an uplink system supporting multiple users of distributed terminals in a wireless communication system.
Figure 112011093572002-pat00025
Beamforming a common narrowband message m (t) to perform distributed transmit beamforming from the N transmitting terminals 20, 21, 2n to the receiver 10 in a cooperative communication scheme; (b) The receiver 10 measures the received signal strength (RSS) of the (n + 1) th time using a bang bang control technique and receives the received signal strength value having the greatest value until the n th time. Compare and store a larger value among them, generate one bit of feedback information that is '1' if the received signal strength value of the (n + 1) th time is larger and '0' if it is smaller, and then, the receiver 10 Feeding back the 1-bit feedback signal to the N transmitting terminals (20, 21, 2n) in a broadcast manner; And (c) convergence of received signal strength (RSS) by performing repetitive phase adjustment of respective terminals through the 1-bit feedback signal received from the receiver 10 in the N transmitting terminals 20, 21, and 2n. Improving the convergence rate of the value over the conventional method.

본 발명은 상기 언급한 기존 시스템을 기반으로 실질적인 시나리오에 적용 및 구현하기 위하여 노이즈가 존재하는 평탄페이딩(flat fading) 환경에서 소수 사용자에 대하여 기존 알고리즘보다 성능의 향상된 새로운 방식을 제안하고자 한다. The present invention proposes a new method of improving performance over existing algorithms for a small number of users in a flat fading environment in which noise exists in order to apply and implement a practical scenario based on the above-mentioned existing system.

본 발명이 제안하는 방식은 뱅뱅 제어(bang-bang control)를 바탕으로 한다. 이는 최적의 해를 구하는 제어 관련 문제들(optimal control problems)에서 주로 사용되는데, 제어 가능한 입력 값이 상한(upper bound)과 하한(lower bound) 사이에 있다고 했을 때, 어느 한 상태에서 극단적으로 다른 상태로 바뀌는 값을 넣어주면서 원하는 답을 구하는 과정이다. 뱅뱅 제어는 구현의 단순함과 편리함의 장점을 가지면서, 다양한 응용분야에서 최적의 제어 방법으로 사용되고 있다. 본 발명에서는 이러한 뱅뱅 제어를 송신단의 빔포밍 시나리오에 적용시켜 단말들이 하나씩 순차적으로 정해진 위상 변화를 부가하는 방식을 통하여 기존 제안된 기법보다 성능을 높이고자 한다[도 3]. The scheme proposed by the present invention is based on bang-bang control. This is mainly used for optimal control problems, where the controllable input value is between the upper bound and the lower bound, which is extremely different from one state. It is the process of finding the answer you want by putting the value that changes to. Bang Bang control has been used as an optimal control method in various applications while having the advantages of simplicity and convenience of implementation. In the present invention, the bang-bang control is applied to the beamforming scenario of the transmitter to improve the performance compared to the conventionally proposed scheme through the method in which the terminals sequentially add a predetermined phase change one by one [FIG. 3].

도 3을 참조하면, 적응형 뱅뱅 제어(bang-bang control)를 이용한 제안방식은 과도 상태(transient state)와 정상 상태(steady state)로 나누어지는 적응적 알고리즘이다. 제안 알고리즘은 다음과 같다.Referring to FIG. 3, the proposed scheme using adaptive bang-bang control is an adaptive algorithm divided into a transient state and a steady state. The proposed algorithm is as follows.

먼저, 초기상태는 모든 N개의 송신 단말들(20,21,2n)이 초기위상

Figure 112011093572002-pat00026
을 가지고 수신기(10)에 데이터를 전송한다. 수신기(10)는 수신신호 강도(RSS)를 측정하여 그 값을 저장한다. 만약, 단말 i가 n번째 시간(n번째 타임 슬롯)에 자신의 순서가 되었을 때(연속된 시간에 대해 특정 시간 간격에 대해 샘플링한 아주 작은 구간을 하나의 타임 슬롯으로 정의한다. 따라서, n 번째 시간이라 함은 n번째 타임 슬롯을 지칭한다), 자신이 가지고 있는 위상을
Figure 112011093572002-pat00027
이라 하면, 정해진 위상 변화
Figure 112011093572002-pat00028
만큼 위상을 증가시킨 후, 단말 i를 제외한 N-1 개의 단말들과 함께 신호를 전송한다. N-1 개의 단말들은 기존의 위상을 유지한다. 여기서, 위상의 변화분을 나타내는
Figure 112011093572002-pat00029
는
Figure 112011093572002-pat00030
사이에 있는 고정된 값이며 반복하는 전송에 따라 그 크기를 조절할 수 있는 값이다. 즉, 제안 방식의 특성상
Figure 112011093572002-pat00031
의 크기를 수렴 속도가 높은 값으로 정하여 송신하되, 송신 단말들에 의해 가질 수 있는 최대 수신 신호 강도 값에 도달하지 않고 그 상태를 유지하는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해 송신 단말 수에 따라서 이론적인 수신신호 강도(RSS)의 최대값에 근접하는 횟수의 반복 전송 후에, 위상 변화
Figure 112011093572002-pat00032
에
Figure 112011093572002-pat00033
의 비율을 곱하여 일정 비율로 고정된 위상 변화를 줄여주는 보상을 해준다. First, in the initial state, all N transmitting terminals 20, 21, and 2n have an initial phase
Figure 112011093572002-pat00026
Send the data to the receiver 10 with. The receiver 10 measures the received signal strength RSS and stores the value. When the terminal i becomes its own sequence at the nth time (nth time slot) (a very small interval sampled for a specific time interval for successive times) is defined as one time slot. Time refers to the nth time slot),
Figure 112011093572002-pat00027
If we say, the phase change
Figure 112011093572002-pat00028
After increasing the phase by, the signal is transmitted with the N-1 terminals except the terminal i. N-1 terminals maintain the existing phase. Where the change in phase is represented.
Figure 112011093572002-pat00029
The
Figure 112011093572002-pat00030
It is a fixed value between them, and its size can be adjusted according to repeated transmissions. In other words, due to the nature of the proposed scheme
Figure 112011093572002-pat00031
The transmission may be performed by setting the size of the signal to a value having a high convergence speed, but maintaining the state without reaching the maximum received signal strength value that may be received by the transmitting terminals. In order to solve this problem, the phase change after the number of repetitive transmissions approaching the maximum value of the theoretical received signal strength (RSS) according to the number of transmitting terminals
Figure 112011093572002-pat00032
on
Figure 112011093572002-pat00033
Multiply the ratio by to compensate for the fixed phase shift at a fixed rate.

상기 수신기는 (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도(RSS)를 측정하고 그 값이 n번째 시간까지 가장 컸던 수신신호 강도 값을 비교하여 그 중 큰 값을 저장한 후, (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도 값이 더 크면 '1', 작으면 '0'인 1비트의 피드백 정보를 생성한 후, N개의 송신단말(20,21,2n)로 브로드캐스트 방식으로 1bit feedback 신호를 피드백하고(브로드캐스트시, 충분한 전송 전력 및 제어 통신 환경을 감안하여 피드백 신호의 수신 에러는 없는 것으로 고려한다.), (n+1) 번째 시간의 최대 수신 신호 강도(RSSbest[n+1]) [수학식 3]으로 나타낸다. The receiver measures the received signal strength (RSS) at the (n + 1) th time, compares the received signal strength value whose value is the largest until the n th time, and stores the larger value among them, and then (n + 1) If the received signal strength value of the second time is greater than '1' and if it is smaller, '0' is generated, the 1-bit feedback information is generated, and then the 1-bit feedback signal is broadcasted to N transmitting terminals 20, 21, and 2n. (Broadcasting, it is considered that there is no reception error of the feedback signal in consideration of sufficient transmission power and control communication environment.), And the maximum received signal strength at the (n + 1) th time (RSS best [n + 1] ) It is represented by [Equation 3].

Figure 112011093572002-pat00034
Figure 112011093572002-pat00034

여기서, RSSbest[n+1]는 (n+1) 번째 시간의 최대 수신 신호 강도(RSS), RSS[n+1]는 (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도(RSS)이다. Here, RSS best [n + 1] is the maximum received signal strength (RSS) at the (n + 1) th time, and RSS [n + 1] is the received signal strength (RSS) at the (n + 1) th time.

상기 1비트 피드백 정보에 따른 송신단말의 위상조절은 과도 상태(transient state)와 정상 상태(steady state)에서 다르다. 과도 상태는 초기에서부터 이론적인 최대 수신 강도 대비 약 40~80%의 신호 세기를 가지는 반복 송신까지를 지칭하고, 정상 상태는 이론적인 최대 수신 강도 대비 약 40~80%에 이르는 반복 송신 이후를 지칭한다. 이러한 상태 변화에 해당하는 반복 전송 수는 각 송신 단말에서 협력 단말 수에 따라 조절한다(단말의 수나 위상 변화값의 크기에 따라서 정상 상태 시점은 적응적으로 바뀔 수 있다). 과도 상태일 때에는 피드백 정보가 '1'이면 단말 i의 기존 변화 값을 유지하고 '0'이면 위상을 변화시켰던 단말 i는 -2

Figure 112011093572002-pat00035
만큼 위상을 변화시켜 결과적으로 n 번째 시간의 원래 위상
Figure 112011093572002-pat00036
에서
Figure 112011093572002-pat00037
만큼 변화시킨 위상으로 설정해 놓는다. 정상 상태일 때에는 송신단에서 피드백 정보가 `1'이면 과도 상태와 같이 기존 위상 변화 값을 유지하고 '0'이면 위상을 변화시켰던 송신기가 n 번째 시간의 원래 위상
Figure 112011093572002-pat00038
으로 다시 돌아간다. 정상 상태로 도달한 후에, 위상 변화 값의 비율 조정도 이루어진다. n+1번째 시간의 위상 θi[n+1]를 [수학식 4]로 나타낸다. Phase adjustment of the transmitting terminal according to the 1-bit feedback information is different in a transient state and a steady state. The transient state refers to the repetitive transmission having the signal strength of about 40 to 80% of the theoretical maximum reception strength, and the steady state refers to the repetitive transmission of about 40 to 80% of the theoretical maximum reception strength. . The number of repetitive transmissions corresponding to this state change is adjusted according to the number of cooperative terminals in each transmitting terminal (the steady state timing may be adaptively changed according to the number of terminals or the magnitude of the phase change value). In the transient state, if the feedback information is '1', the terminal i, which maintained the existing change value of the terminal i and changed the phase, is '2', is -2
Figure 112011093572002-pat00035
Shifts the phase by the result, resulting in the original phase of the nth time.
Figure 112011093572002-pat00036
in
Figure 112011093572002-pat00037
Set the phase changed by. In the normal state, if the feedback information is '1' at the transmitter, the transmitter maintains the existing phase change value as in the transient state, and if it is '0', the transmitter which changed the phase is the original phase of the nth time.
Figure 112011093572002-pat00038
Go back to After reaching the steady state, a ratio adjustment of the phase change value is also made. The phase θ i [n + 1] of the n + 1 th time is represented by [Equation 4].

Figure 112011093572002-pat00039
Figure 112011093572002-pat00039

여기서, θi[n+1]는 n+1번째 시간의 위상,

Figure 112011093572002-pat00040
는 n 번째 시간의 원래 위상,
Figure 112011093572002-pat00041
는 위상 변화,
Figure 112011093572002-pat00042
비율이다. Where θ i [n + 1] is the phase of the n + 1 th time,
Figure 112011093572002-pat00040
Is the original phase of the nth time,
Figure 112011093572002-pat00041
The phase change,
Figure 112011093572002-pat00042
Ratio.

상기와 같은 과정이 시간에도 반복적으로 이루어진다.This process is repeated in time.

본 발명의 효과를 검증하기 위한 컴퓨터 모의실험을 수행하였다. 컴퓨터 모의실험의 환경은 노이즈(noise) 및 평탄 페이딩(flat fading)을 고려하지 않은 환경과 고려한 환경으로 나누어서 모의실험을 수행하였다. Computer simulations were performed to verify the effects of the present invention. The computer simulations were divided into two environments, one that did not consider noise and flat fading, and the other that considered.

1) 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 환경1) Environment without noise and fading

종래 기술의 기존 방식을 conventional, 제안 방식을 proposed라고 했을 때, 종래기술의 기존 방식과 제안 방식의 위상 변화의 크기는 수신 신호 강도 값(RSS)의 수렴성에 영향을 미치기 때문에 최적의 위상 변화 크기를 구하기 위하여 Monte-Carlo 방식의 시뮬레이션을 수행하여 최적 위상 변화 값을 구하였다. 최소의 송신-피드백 반복을 통해 최대 수신 신호 강도에 도달하는 위상변화 값의 크기를 최적으로 정의한다. 단말이 3개일 때, 예시도를 [도 4]에 나타내었다. 기존방식과 제안 방식 모두 최적의 위상 변화 값의 크기는 (25π/100) 근처임을 알 수 있다. 다음으로 앞에서 구한 최적의 위상 변화 값을 이용하여 송신-피드백 반복이 계속 됨에 따라 수신기에서 비교 측정되는 수신신호 강도 값(RSS)을 송신 단말의 수가 2개, 3개, 5개, 10개인 경우에 대하여 [도 5][도 6][도 7][도 8]에 나타내었다.When the conventional scheme is conventional and the proposed scheme is proposed, the magnitude of the phase shift of the conventional scheme and the proposed scheme affects the convergence of the received signal strength value (RSS). Monte-Carlo method was used to find the optimal phase change. Optimally defines the magnitude of the phase shift value that reaches the maximum received signal strength with minimal transmit-feedback iterations. When there are three terminals, an exemplary view is shown in FIG. In the conventional method and the proposed method, the optimal phase shift value is about (25π / 100). Next, when the number of transmitting terminals is 2, 3, 5, or 10, the received signal strength value (RSS), which is measured by the receiver, is measured as the transmission-feedback repetition is continued using the optimum phase change value obtained above. It is shown in [FIG. 5] [FIG. 6] [FIG. 7] [FIG. 8].

도 5는 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 2개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값(RSS)을 비교한 모의실험 결과이다.FIG. 5 is a simulation result comparing received signal strength values (RSS) obtained every time transmission-feedback repetition is performed for two terminals in a system without considering noise and fading.

도 6은 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 3개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값(RSS)을 비교한 모의실험 결과이다.FIG. 6 is a simulation result comparing received signal strength values (RSS) obtained every time transmission-feedback repetition is performed for three terminals in a system without considering noise and fading.

도 7은 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 5개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값(RSS)을 비교한 모의실험 결과이다.FIG. 7 is a simulation result comparing received signal strength values (RSS) obtained every time transmission-feedback repetition is performed for five terminals in a system without considering noise and fading.

도 8은 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 10개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값(RSS)을 비교한 모의실험 결과이다. FIG. 8 is a simulation result comparing received signal strength values (RSS) obtained every time transmission-feedback repetition is performed for 10 terminals in a system without considering noise and fading.

2) 노이즈 및 페이딩을 고려한 환경2) Environment Considering Noise and Fading

레일리 평탄 페이딩(Rayleigh flat fading) 채널을 고려하여 송신-피드백 반복 동안에 복소 채널 이득은 변하지 않는다고 가정한다. 수신기에서의 최대 수신 신호-대-잡음비를 10dB로 설정하고 단말의 수가 2개, 3개, 5개, 10개일 때 순서대로 성능을 비교하였다[도 9][도 10][도 11][도 12]. Considering the Rayleigh flat fading channel, it is assumed that the complex channel gain does not change during the transmit-feedback iteration. The maximum received signal-to-noise ratio at the receiver was set to 10 dB and the performance was compared in the order of 2, 3, 5, and 10 terminals [FIG. 9] [FIG. 10] [FIG. 11] [FIG. 12].

도 9는 노이즈 및 페이딩을 고려한 시스템에서 2개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값(RSS)을 비교한 모의실험 결과이다. FIG. 9 is a simulation result comparing received signal strength values (RSS) obtained whenever transmission-feedback repetitions are performed for two terminals in a system considering noise and fading.

도 10은 노이즈 및 페이딩을 고려한 시스템에서 3개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값(RSS)을 비교한 모의실험 결과 이다. FIG. 10 is a simulation result comparing received signal strength values (RSS) obtained whenever transmission-feedback repetitions are performed for three terminals in a system considering noise and fading.

도 11은 노이즈 및 페이딩을 고려한 시스템에서 5개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값(RSS)을 비교한 모의실험 결과 이다. FIG. 11 is a simulation result comparing received signal strength values (RSS) obtained every time transmission-feedback repetition is performed for five terminals in a system considering noise and fading.

도 12는 노이즈 및 페이딩을 고려한 시스템에서 10개의 단말에 대해 송신-피드백 반복이 이루어질 때마다 얻어지는 수신 신호 강도 값(RSS)을 비교한 모의실험 결과 이다. 12 is a simulation result comparing received signal strength values (RSS) obtained every time transmission-feedback repetition is performed for 10 terminals in a system considering noise and fading.

상기 1)의 모의실험에 대하여 이론적인 최대 수신 신호 강도 값의 99%인 경우에 도달하는 송신-피드백 반복 값을 단말의 수에 따라 [표 1]에 나타내었다. For the simulation of 1), the transmission-feedback repetition value reached in the case of 99% of the theoretical maximum received signal strength value is shown in Table 1 according to the number of terminals.

표 1은 노이즈 및 페이딩을 고려하지 않은 시스템에서 단말의 수에 따라 수신 신호 강도 값이 수렴하는 시점에 송신-피드백 반복을 측정한 표이다. Table 1 is a table measuring transmission-feedback repetition at the time when the received signal strength values converge according to the number of terminals in a system without considering noise and fading.

Figure 112011093572002-pat00043
Figure 112011093572002-pat00043

1)의 경우에는 10번에서 최대 50번까지 송신-피드백 반복을 줄일 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 또한 상기 2)의 모의실험에 대하여 수신 신호 강도 값(RSS)이 큰 변화가 없는 값에 도달하는 송신-피드백 반복 값을 단말의 수에 따라 [표 2]에 나타내었다. 이를 통해 10번에서 20번 정도까지 송신-피드백 반복을 줄일 수 있음을 보였다. 표 2는 노이즈 및 페이딩을 고려한 시스템에서 단말의 수에 따라 수신 신호 강도 값(RSS)이 수렴하는 시점에 송신-피드백 반복을 측정한 표이다. In the case of 1), it can be seen that transmission-feedback repetition can be reduced from 10 to 50 times. In addition, for the simulation of 2), the transmission-feedback repetition value at which the received signal strength value (RSS) reaches a value without large change is shown in Table 2 according to the number of terminals. This shows that the transmission-feedback repetition can be reduced from 10 to 20 times. Table 2 is a table measuring transmission-feedback repetition when the received signal strength value (RSS) converges according to the number of terminals in a system considering noise and fading.

Figure 112011093572002-pat00044
Figure 112011093572002-pat00044

상기 모의실험을 통해, 제안된 분산 협력 빔포밍 기법은 소수의 단말에 대한 노이즈가 없는 상황에서뿐만 아니라 노이즈를 고려한 상황에서도 기존 방식보다 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 상기 1)과 2)의 경우에 대하여 단말이 10개 이하와 같이 소수인 경우에 대하여 제안 알고리즘이 매 송신-피드백 반복마다 하나의 단말 만이 위상을 변화시키므로 동시에 위상을 임의로 바꾸는 기존 방식보다 최대 수신 신호 강도에 도달하기까지 적은 송신-피드백 반복만이 필요함을 알 수 있다. Through the simulation, it can be seen that the proposed distributed cooperative beamforming technique exhibits better performance than the conventional method even in the absence of noise for a small number of terminals as well as in consideration of noise. In the case of 1) and 2), this is the maximum reception than the conventional method of randomly changing the phase at the same time since the proposed algorithm changes the phase at every transmission-feedback repetition in the case of a small number of terminals such as 10 or less. It can be seen that only a few transmit-feedback repetitions are needed before reaching the signal strength.

본 발명은 단말간의 순서가 정해졌다는 가정 하에, 실질적인 구현이 단순한 시스템의 특성상 제안 방식을 적용하여 분산 단말들을 통한 협력 통신 시나리오 (대표적으로, 군용 로봇 통신 시나리오 등)에 적용이 가능하다.
The present invention can be applied to a cooperative communication scenario (typically, a military robot communication scenario, etc.) through distributed terminals by applying a proposed scheme on the assumption that the actual implementation is simple, due to the characteristics of a simple system.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken in conjunction with the present invention. The present invention can be variously modified or modified.

10: 수신기 20,21,2n: 송신 단말
RSS: 수신 신호 강도(Received Signal Strength) 10: receiver 20,21,2n: transmitting terminal
RSS: Received Signal Strength

Claims (8)

적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 장치에 있어서,
무선통신 시스템에서 분산된 단말들의 다중 사용자를 지원하는 상향링크 시스템에서, 초기 위상
Figure 112013015067614-pat00045
로 공통의 협대역 메시지 m(t)를 빔포밍하여 협력통신 기법으로 분산 송신 빔포밍(distributed transmit beamforming)을 수행할 때, 수신단으로부터의 1비트 피드백 신호를 통해 각 단말들의 반복적인 위상 조정을 수행함으로써, 수렴하는 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength) 값의 수렴속도를 향상시키는 N 개의 송신 단말들; 및
적응형 뱅뱅 제어 기법을 사용하여 (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도(RSS)를 측정하고 그 값이 n번째 시간까지 가장 컸던 수신신호 강도 값(RSS:Received Signal Strength)을 비교하여 그 중 큰 값을 저장한 후, (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도 값이 더 크면 '1', 작으면 '0'인 1비트의 피드백 정보를 생성한 후, 상기 N개의 송신단말들로 브로드캐스트 방식으로 상기 1bit 피드백 신호를 피드백하는 수신기;
를 포함하되,
상기 수신기에서 거리가 충분히 떨어져 있는 상기 N 개의 송신 단말이 상기 수신기로 초기 위상
Figure 112013015067614-pat00046
로 공통의 협대역 메시지 m(t)를 빔포밍하여 분산 전송시, i번째 단말의 신호 전송을 고려했을 때, 복소 기저대역 신호의 이득과 위상을 포함한, 복소 채널을
Figure 112013015067614-pat00049
(
Figure 112013015067614-pat00050
와
Figure 112013015067614-pat00051
는 i번째 단말과 수신기 사이의 채널 이득 크기와 위상), 단말의 로컬 오실레이터(LO: local oscillator)에 의해 생기는 위상 오프셋을
Figure 112013015067614-pat00052
라 하면, 상기 수신기에서의 수신 신호 y(t)는 다음 식 1과 같이 나타내고,
Figure 112013015067614-pat00053

(여기서, y(t)는 수신기에서의 수신신호,
Figure 112013015067614-pat00055
는 송신 단말의 로컬 오실레이터(LO)에 의해 생기는 위상 오프셋,
Figure 112013015067614-pat00056
와
Figure 112013015067614-pat00057
는 i번째 단말과 수신기 사이의 채널 이득 크기와 위상,
Figure 112013015067614-pat00092
는 i번째 단말의 복소 기저대역 신호의 위상, m(t)는 공통의 협대역 메시지, n(t)는 수신기에서 수신한 부가 백색 가우시안 잡음(additive white Gaussian noise)으로
Figure 112013015067614-pat00058
분포를 따른다.)
상기 수신기로부터 측정된 수신신호 강도(RSS:Received Signal Strength)는 다음 식 2과 같이 나타내며,
Figure 112013015067614-pat00059

상기 적응형 뱅뱅 제어(bang-bang control) 기법은, 과도 상태(transient state)와 정상 상태(steady state)로 나누어지고, 먼저, 초기상태는 상기 모든 N개의 송신 단말들이 초기위상
Figure 112013015067614-pat00064
을 가지고 상기 수신기로 데이터를 전송하고,
상기 수신기는 상기 수신신호 강도(RSS)를 측정하여 그 값을 저장하며, 만약, 단말 i가 n번째 시간(n번째 타임 슬롯)에 자신의 순서가 되었을 때, 자신이 가지고 있는 위상을
Figure 112013015067614-pat00065
이라 하면, 정해진 위상 변화
Figure 112013015067614-pat00066
만큼 위상을 증가시킨 후, 단말 i를 제외한 N-1 개의 단말들과 함께 신호를 전송하며(여기서, N-1 개의 단말들은 기존의 위상을 유지한다),
상기 N-1 개의 송신 단말들은 송신 단말 수에 따라서 이론적인 수신신호 강도(RSS)의 기준값(최대값의 99%)에 도달하는 횟수만큼 반복 전송 후에, 위상 변화
Figure 112013015067614-pat00067
에
Figure 112013015067614-pat00068
의 비율을 곱하여 일정 비율로 고정된 위상 변화를 줄여주는 보상하고,
상기 수신기에서 (n+1) 번째 시간의 최대 수신 신호 강도(RSSbest[n+1])는 다음 식 3으로 나타내며,
Figure 112013015067614-pat00069

(여기서, RSSbest[n+1]는 (n+1) 번째 시간의 최대 수신 신호 강도(RSS), RSS[n+1]는 (n+1) 번째 시간의 수신 신호 강도(RSS)이다.)
상기 1비트 피드백 정보에 따른 상기 송신 단말의 위상조절은, 과도 상태(transient state)와 정상 상태(steady state)의 이러한 상태 변화에 해당하는 반복 전송 수는 각 송신 단말에서 협력 단말 수에 따라 조절하고(단말의 수나 위상 변화값의 크기에 따라서 정상 상태 시점은 적응적으로 바뀜), 과도 상태일 때는 피드백 정보가 '1'이면 단말 i의 기존 변화 값을 유지하고 '0'이면 위상을 변화시켰던 단말 i는 -2
Figure 112013015067614-pat00070
만큼 위상을 변화시켜 결과적으로 n 번째 시간의 원래 위상
Figure 112013015067614-pat00071
에서
Figure 112013015067614-pat00072
만큼 변화시킨 위상으로 설정해 놓으며, 정상 상태일 때는 송신단말에서 피드백 정보가 '1'이면 과도 상태와 같이 기존 위상 변화 값을 유지하고 '0'이면 위상을 변화시켰던 송신기가 n 번째 시간의 원래 위상
Figure 112013015067614-pat00073
으로 다시 돌아가며, 정상 상태로 도달한 후에, 위상 변화 값의 비율 조정이 이루어지며, n+1번째 시간의 위상 θi[n+1]를 다음 식 4로 나타내는 것을 특징으로 하는 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 장치.
Figure 112013015067614-pat00074

(여기서, θi[n+1]는 n+1번째 시간의 위상
Figure 112013015067614-pat00075
는 n 번째 시간의 원래 위상,
Figure 112013015067614-pat00076
는 위상 변화,
Figure 112013015067614-pat00077
비율이다.)In the sequential distributed cooperative beamforming apparatus of the adaptive bang bang control method,
Initial phase in an uplink system supporting multiple users of distributed terminals in a wireless communication system
Figure 112013015067614-pat00045
When performing beamforming on a common narrowband message m (t) by using a cooperative communication scheme, it is possible to perform repetitive phase adjustment of each terminal through a 1-bit feedback signal from a receiver. N transmission terminals for improving the convergence speed of a received signal strength (RSS) value that converges; And
Measure the received signal strength (RSS) at the (n + 1) th time using the adaptive bang-bang control technique and compare the received signal strength value (RSS) with the largest value up to the nth time. After storing a large value, after generating the received signal strength value of the (n + 1) th time is larger '1', if it is smaller '0' 1-bit feedback information is generated, and then broadcast to the N transmitting terminals A receiver for feeding back the 1-bit feedback signal in a cast manner;
Including but not limited to:
The N transmitting terminals, which are sufficiently far from the receiver, are initially in phase with the receiver.
Figure 112013015067614-pat00046
In a distributed transmission by beamforming a common narrowband message m (t), a complex channel including the gain and phase of a complex baseband signal is considered when considering the signal transmission of the i-th terminal.
Figure 112013015067614-pat00049
(
Figure 112013015067614-pat00050
Wow
Figure 112013015067614-pat00051
Is the channel gain magnitude and phase between the i-th terminal and the receiver, and the phase offset generated by the local oscillator (LO) of the terminal.
Figure 112013015067614-pat00052
In this case, the received signal y (t) in the receiver is represented by the following Equation 1,
Figure 112013015067614-pat00053

(Where y (t) is the received signal at the receiver,
Figure 112013015067614-pat00055
Is the phase offset generated by the local oscillator (LO) of the transmitting terminal,
Figure 112013015067614-pat00056
Wow
Figure 112013015067614-pat00057
Is the channel gain magnitude and phase between the i th terminal and the receiver,
Figure 112013015067614-pat00092
Is the phase of the complex baseband signal of the i-th terminal, m (t) is a common narrowband message, n (t) is the additional white Gaussian noise received from the receiver
Figure 112013015067614-pat00058
Follow the distribution.)
Received Signal Strength (RSS) measured from the receiver is represented by the following Equation 2,
Figure 112013015067614-pat00059

The adaptive bang-bang control technique is divided into a transient state and a steady state. First, an initial state is obtained by initial phases of all the N transmitting terminals.
Figure 112013015067614-pat00064
To transmit data to the receiver,
The receiver measures the received signal strength (RSS) and stores the value, and if the terminal i is in its order in the nth time (nth time slot), the receiver determines its phase.
Figure 112013015067614-pat00065
If we say, the phase change
Figure 112013015067614-pat00066
After increasing the phase by, transmits a signal with the N-1 terminals except the terminal i (where N-1 terminals maintain the existing phase),
After the N-1 transmitting terminals are repeatedly transmitted by the number of times of reaching the reference value (99% of the maximum value) of the theoretical received signal strength (RSS) according to the number of transmitting terminals, phase change
Figure 112013015067614-pat00067
on
Figure 112013015067614-pat00068
Multiply by the ratio of to compensate for the fixed phase change at a fixed rate,
In the receiver, the maximum received signal strength (RSS best [n + 1]) at the (n + 1) th time is represented by the following Equation 3,
Figure 112013015067614-pat00069

Where RSS best [n + 1] is the maximum received signal strength (RSS) at the (n + 1) th time, and RSS [n + 1] is the received signal strength (RSS) at the (n + 1) th time. )
Phase adjustment of the transmitting terminal according to the 1-bit feedback information, the number of repetitive transmissions corresponding to this state change of the transient state and the steady state is adjusted according to the number of cooperative terminals in each transmitting terminal (According to the number of terminals or the magnitude of the phase change value, the steady-state time is adaptively changed.) In the transient state, if the feedback information is '1', the terminal that changed the phase of the terminal i if the feedback information is '1' and changed the phase if it is '0'. i is -2
Figure 112013015067614-pat00070
Shifts the phase by the result, resulting in the original phase of the nth time.
Figure 112013015067614-pat00071
in
Figure 112013015067614-pat00072
If the feedback information is '1' in the normal state, if the feedback information is '1', the transmitter maintains the existing phase change value as in the transient state, and if it is '0', the transmitter which changed the phase is the original phase of the nth time.
Figure 112013015067614-pat00073
Returning to, after reaching the steady state, the proportional adjustment of the phase change value is performed, and the adaptive bang bang control method characterized in that the phase θ i [n + 1] of the n + 1 th time is represented by the following equation (4). Sequential distributed cooperative beamforming apparatus.
Figure 112013015067614-pat00074

Where θ i [n + 1] is the phase of the n + 1 th time
Figure 112013015067614-pat00075
Is the original phase of the nth time,
Figure 112013015067614-pat00076
The phase change,
Figure 112013015067614-pat00077
Ratio.) 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 N개의 송신 단말들은,
상기 수신기로부터 수신된 1비트 피드백 신호에 따라 임의의 위상 변화를 반복적으로 수행하여 결국 위상 코히어런스(phase coherence)를 통한 최대의 빔포밍 이득을 얻게 되는 것을 특징으로 하는 적응형 뱅뱅 제어 방식의 순차적 분산 협력 빔포밍 장치. The method of claim 1,
The N transmitting terminals,
The sequential order of the adaptive bang-bang control scheme, in which an arbitrary phase change is repeatedly performed according to the 1-bit feedback signal received from the receiver, resulting in a maximum beamforming gain through phase coherence. Distributed cooperative beamforming device. 삭제delete
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