KR101325969B1 - 다중입력 다중출력 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템 - Google Patents

다중입력 다중출력 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템 Download PDF

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김보라
문상미
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Abstract

본 발명은 다중사용자 MIMO 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템에 관한 것으로, LTE 이동통신 시스템의 릴레이 노드가 AF(Amplify and Forward) 또는 DF(Decoded and Forward) 모드로 동작하며, THP(Thomilson Harashima Precoding) 또는 DPC(Dirty Paper Coding)로 프리코딩된 데이터 스트림을 수신하여 ZF(Zero Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error), SIC(Successive Interference Cancellation) 및 OSIC(Successive Interference Cancellation) 중 어느 하나의 검출 방법을 통해 신호를 검출하여 용이하게 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템을 제공할 수 있다.

Description

다중입력 다중출력 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템{MOBILE SYSTEM FOR SIGNAL INTERFERENCE CANCELLAION OF MULTI INPUT MULTI OUTPUT NETWORT}
본 발명은 다중사용자 MIMO 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템에 관한 것으로, 특히 LTE 이동통신 시스템의 릴레이 노드가 AF(Amplify and Forward) 또는 DF(Decoded and Forward) 모드로 동작하며, THP(Thomilson Harashima Precoding) 또는 DPC(Dirty Paper Coding)로 프리코딩된 데이터 스트림을 수신하여 ZF(Zero Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error), SIC(Successive Interference Cancellation) 및 OSIC(Successive Interference Cancellation) 중 어느 하나의 검출 방법을 통해 신호를 검출하여 용이하게 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템에 관한 것이다.
최근 셀룰러 시스템에서 릴레이(Relay) 기술은 상당한 관심을 받아왔으며, 릴레이 기반 네트워크 구조는 LTE-Advanced로써 발전가능성이 크며 많은 연구가 진행되고 있다. 또한, MIMO(Multi Input Multi Output) 통신시스템은 현재 무선테크워크 기술로, 스펙스럼 효율과 링크 안전성을 향상시킬 수 있는 기술로 각광받고 있다.
다중사용자 MIMO 시스템은 다른 사용자 혹은 안테나의 간섭을 줄이기 위하여 신호를 송신하는 송신부에서 송신 신호에 채널의 역수를 곱하여 전송하는 ZF(Zero Forcing) 방식 또는 채널의 잡음 분산까지 고려한 최소 평균 제곱 오차(MMSE) 방식 등이 있다.
또한, 선형 또는 비선형 프리코딩 방식을 조합하여 사용함으로써 높은 신호대 잡음비(SNR) 영역에서 용량 감소 없이 채널 간섭을 제거하며, 에러율을 줄인다.
종래 LTE-Advanced 이동통신 시스템의 경우 릴레이 노드의 신호처리 기법이 빔포밍(beamforming) 경우로 제한되어 MIMO 채널에서 제공하는 멀티플렉싱 이득을 완전히 이용할 수 없었다. 이에 따라, 다중 안테나가 장착된 모든 노드에서 속도 성능 손실이 발생할 가능성이 높다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 간섭과 오류가 완화된 LTE-A 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 다중사용자 MIMO 시스템에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템은 데이터 스트림을 THP(Thomilson Harashima Precoding) 또는 DPC(Dirty Paper Coding)로 프리코딩된 신호로 전송하는 기지국; 및 상기 기지국에서 전송되는 데이터 스트림을 복수의 사용자 단말로 중계하거나, 상기 복수의 사용자 단말로부터 수신되는 데이터 스트림을 상기 기지국으로 중계하는 적어도 하나의 릴레이 노드를 포함하되, 상기 릴레이 노드는 AF(Amplify and Forward) 또는 DF(Decoded and Forward) 모드로 동작하되, 상기 기지국 또는 상기 복수의 사용자 단말로부터 수신되는 데이터 스트림을 ZF(Zero Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error), SIC(Successive Interference Cancellation) 및 OSIC(Ordered Successive Interference Cancellation) 중 어느 하나의 검출 방법을 통해 검출하고, 상기 THP(Thomilson Harashima Precoding) 또는 DPC(Dirty Paper Coding)로 프리코딩하여 중계하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 릴레이 노드가 AF 모드 동작할 경우 전력증폭인자(β)는
Figure 112012068403749-pat00001
일 수 있다.(여기서, K는 사용자 수, iii 2 는 2(K-i+1) 자유도의 카이제곱 분포인 ith 부채널의 채널이득임)
상기 AF 모드 동작시 릴레이 노드의 전송률은
Figure 112012068403749-pat00002
로 계산될 수 있다.(여기서,
Figure 112012068403749-pat00003
는 기지국과 릴레이 노드 사이의 SINR 이며,
Figure 112012068403749-pat00004
는 릴레이 노드와 사용자 단말 사이의 SINR임.)
상기 DF 모드 동작 시 릴레이 노드는 상기 기지국으로부터 수신된 신호와 상기 사용자 단말에서 릴레이 노드로 수신되는 신호의 추정값을 이용하여 간섭을 제거할 수 있다.
상기 DF 모드 동작 릴레이 노드에서,첫번째 시간 슬롯에서 상기 기지국에서 전송되는 신호는 상기 릴레이 노드 및 상기 사용자 단말로 전송되며, 두 번째 시간 슬롯에서 수신되는 신호에서 동보 통신되는 신호를 감산하여 상기 간섭을 제거할 수 있다.
본 발명에 따르면, 프리코딩 및 신호검출 기법을 최적화 하여 다중 안테나가 제공하는 멀티플렉싱 이득을 완전히 이용하여 시스템의 스펙트럼 효율을 유지하면서도, 시스템 속도 및 BER 성능을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 LET-Advenced 다중사용자 MIMO 시스템을 도시한 블록도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템의 AF 모드 릴레이 노드에서 시뮬레이션 파라미터를 적용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 도시한 그래프들.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템의 DF 모드 릴레이 노드에서 시뮬레이션 파라미터를 적용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 도시한 그래프들이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시 예에서는 다중사용자 MIMO 시스템에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템에 관하여 도 1 도 9를 참조하여 설명하기로 한다. 이하의 실시 예에서는 LTE-Advenced 통신 시스템을 예를 들어 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 LTE-A 이동통신 시스템을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 LTE-A 이동통신 시스템은 기지국(10), 릴레이 노드(20) 및 사용자 단말(30)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 기지국(10)은 DPC(Dirty Paper Coding) 또는 THP(Thomilson Harashima Precoding) 등의 방식으로 프리코딩된 신호를 릴레이 노드(20)에 전송한다. 기지국(10)은 신호 인코딩을 위한 인코더와, 프리코딩을 위한 프리코더, 신호 전송을 위한 적어도 2개의 안테나를 구비할 수 있다.
기지국(10)은 첫번째 타임 슬롯 동안 데이터 스트림을 전송하기 위해 프리코딩을 수행한다. 기지국(10)은 손실 없이 릴레이 노드(20)에 데이터 스트림을 전송하기 위해 데이터 벡터 s∈Ca가 주어지며, 입력 심볼은 정규화된 값 E{ssH}라 가정한다. 이때, E{}는 기대 연산자(Expectation Operator)를 의미한다.
이때, Ws∈CNs×a는 기지국(10)에서의 프리코딩 행렬로 tr{WWH}≤a를 만족할 수 있다.
본 실시 예에서 릴레이 노드(20)는 AF 모드와 DF 모드 각각이 적용되는 릴레이 노드(20)에 대해서 별도로 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 릴레이 노드(20)는 하나의 릴레이 노드에서 2가지 모드를 동시에 구현할 수 있으며, 별도의 모드 변환부 또는 수신되는 신호에 따라 모드가 변환될 수 있다. 또한, 릴레이 노드(20)가 통신하는 사용자 단말의 개수는 정해지지 않으며, 복수의 릴레이 노드가 시스템 내에 구비될 수 있다.
기지국(10)에서 전송된 데이터 스트림이 릴레이 노드(20)에서 수신될 때의 신호는 일반적으로 수학식 1과 같다.
Figure 112012068403749-pat00005
여기서, P1은 기지국에서 총 송신전력, N1은 분산 σ2INr 을 갖는 백색 가우시안 노이즈 벡터, H2는 기지국과 릴레이 노드 사이의 채널 매트릭스의 첫번째 홉(hop), Ws는 기지국과 릴레이 노드 사이의 프리코딩 매트릭스에 의해 설정된 값임.
본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템은 두 번째 타임 슬롯 동안 릴레이 노드(20)는 기지국(10)으로부터 수신된 신호를 사용자 단말(30)로 전달하며, 릴레이 노드(20)에서 출력되는 신호는 수학식 2와 같다.
Figure 112012068403749-pat00006
여기서, H3는 릴레이 노드와 사용자 단말 사이의 두 번째 홉(hop) 채널 행렬, N2는 평균이 0이고 잡음이 σ2IM인 백색 가우시안 잡음 벡터, P2는 릴레이 노드의 송신 전력임.
상기 수학식 2에서 릴레이 노드(20)에서 F는 수학식 3을 만족한다.
Figure 112012068403749-pat00007
기지국(10)의 프리코딩 행렬을 W=[w1, w2, …, wk]와 같이 나타낼 수 있다. 이때, Wk는 사용자 단말 K의 데이터 스트림 Sk에 대한 빔-포머(beam-former)이며, 수학식 4를 사용하여 사용자 단말 K의 SINR을 계산할 수 있다.
Figure 112012068403749-pat00008
본 발명의 실시 예에 따른 통신 시스템은 THP-ZF, THP-MMSE, THP-SIC, THP-OSIC, DPC-ZF, DPC-MMSE, DPC-SIC, DPC-OSIC 중 어느 하나의 기법이 적용될 수 있다.
여기서, ZF(Zero Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error), SIC(Successive Interference Cancellation), OSIC(Successive Interference Cancellation)는 본 발명에서 사용될 수 있는 신호 검출 기법이며, THP(Thomilson Harashima Precoding) 또는 DPC(Dirty Paper Coding) 프리코딩 방법과 함께 사용된다. 특히, THP(Thomilson Harashima Precoding)와 DPC(Dirty Paper Coding)는 다중사용자 MIMO 시스템에서 간섭 억제에 가장 효과적으로 알려져 있다.
릴레이 노드(20)는 셀룰러 통신 시스템의 셀 경계에 위치하며, 기지국(10)에서 송출된 신호를 사용자 단말(30)에 전송하거나, 사용자 단말(30)로부터 수신된 신호를 기지국(10)으로 전송한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 릴레이 노드(20)는 간섭 제거를 위하여 전력을 향상시켜 수신된 신호에 가중치 벡터를 곱해 구현한다.
예를 들면, THP의 특정 경계 지역에 대한 송신 심볼의 전력을 줄이기 위하여 모듈로 연산을 사용한다. 그러나 모듈러 연산에도 불구하고 THP는 송신 전력 증가를 야기할 수 있으며, 프리코딩 손실이 감소할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 사용자 단말(30)에서 수신된 벡터에 직접 초점을 맞춰 리던던시를 줄인다. 이때, 다중 사용자 릴레이 노드를 위한 기지국-릴레이 노드 링크 및 릴레이 노드-사용자 단말 링크의 가중치 벡터를 사용하여 사용자 단말에서의 성능 이득을 얻을 수 있다.
한편, THP-MMSE적용 시스템의 경우, THP-ZF 적용 시스템에서 격는 채널 전도 및 잡음 증가 효과를 저감하기 위하여 직교성 원리를 고려한다. THP-MMSE 적용 시스템의 각 링크간 가중치 벡터는 상기 THP-ZF의 가중치 벡터와는 다를 수 있다.
DPC 프리코딩이 ZF와 MMSE에 각각 적용될 경우 얻을 수 있는 처리량 이득이 더 우수할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면 THP와 DPC 프리코딩 방법이 SIC와 OSIC 신호 검출 방법이 결합될 경우 상기 THP와 DPC 프리코딩 기법과 ZF, MMSE 신호 검출 기법에 비해 더 우수한 성능을 얻을 수 있다.
여기서는 릴레이 노드(20)와 사용자 단말(30) 사이에서의 수신 신호값 YRN 및 YUB에 대해서 예를 들어 설명하기로 한다.
YRN은 릴레이 노드(20)에서 수신되는 신호값을 나타내며, YUB는 사용자 단말에서 수신되는 신호값을 나타낸다.
이하의 설명에서, 기지국(10)에서 THP(Thomilson Harashima Precoding) 또는 DPC의 프리코딩된 신호 전송시 릴레이 노드(20)에서 ZF(Zero Forcing) 또는 MMSE(Minimum Mean Square Error)로 신호를 검출하는 알고리즘이다.
본 발명에 따르면, 기지국(10)은 THP의 특정 경계 지역에 대한 송신 심볼의 전력을 줄이기 위하여 모듈로(modulo) 연산을 사용한다.
모듈로 연산에도 불구하고, THP는 송신 전력 증가를 야기할 수 있으며, 변조 크기가 증가함에 따라 프리코딩 손실이 감소할 수 있다.
AF 모드의 릴레이 노드는 3GPP LTE-Advanced에서 제안된 기본적인 릴레이 노드를 개선한 것으로, 본 발명에서는 증폭계수(β)를 수학식 5와 같이 제안한다.
Figure 112012068403749-pat00009
여기서, K는 사용자 단말의 개수이고, i2 ii는 2(K-i+1) 자유도의 카이제곱 분포인 ith 부채널의 채널이득임.
AF 모드 릴레이 노드(20)는 기지국(10)으로부터 수신된 신호에 상기 수학식 5의 증폭계수 곱하여 프리코딩된 신호 매트릭스를 사용하여 간섭을 제거하고, 간섭이 제거된 신호를 사용자 단말(30)로 재전송한다.
이때, AF 모드 릴레이 노드(20)에서 수신된 신호의 SINR은 수학식 6 및 수학식 7과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112012068403749-pat00010
Figure 112012068403749-pat00011
수학식 6 및 7의 a는 기지국과 릴레이 노드 사이, b는 릴레이 노드와 사용자 단말 사이의 링크임.
본 발명의 AF 모드 릴레이 노드의 전송률은 수학식 8과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112012068403749-pat00012
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이동통신 시스템에서 AF 모드 릴레이 노드에서 표 1의 시뮬레이션 파라미터를 적용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 도시한 그래프들이다.
파라미터 값
Bandwidth 10MHz
subcarrier spacing 15KHz
Sub frame Duration 1ms
Sampling frequency 15.36MHz
FFT size 1024
Subcarriers 600+1(DC subcarrier)+601
No. of Subcarriers/PRB 12
CP size(samples) 256(Extended CP)
No. of OFDM symbols/subframe 12(Extended CP)
Channel EPA, EVA, ETU
Modulation Scheme QPSK, 16QAM
Noise AWGN
Precoding Technique DPC and THP
Detection technique ZF, MMSE, SIC, OSIC
Antena Congiguration 2*4, 4*2
Combining Technique MRC ant Rx
Relay Node(RN) 1
No. of Users(K) 10
Relaying Protocol AF, DF
본 발명의 AF 모드 릴레이 노드의 시뮬레이션은 링크 레벨 몬테카를로 시뮬레이션을 기반으로 한 반이중 모드 시스템이며, 잡음 성분은 모든 채널 링크에서 동일한 것으로 가정한다. 또한, 페이딩 성분은 기지국-릴레이 노드 링크와 릴레이 노드-사용자 단말 링크 특성을 기반으로 증가하거나 감속한다고 가정한다.
도 2는 ZF와 MMSE 기술이 적용된 DPC와 THP 기법과 결합된 AF 모드 릴레이 노드의 BER 특성을 도시한 그래프이다. 여기서, DPC, THP는 프리코딩 기법이며, ZF 및 MMSE는 신호 검출 기법이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 AF 모드 릴레이 노드에서 BER 성능은 DPC-AF-MMSE(DPC 프리코딩, MMSE 신호 검출 방식)일 경우에 다른 경우의 시뮬레이션에 비해 더 좋은 결과를 보여준다. 그러나, 낮은 SNR에서 시스템은 높은 복잡도를 격을 수 있다. THP-AF-MMSE 및 DPC-AF-MMSE는 거의 비슷한 성능 결과를 보이지만 ZF가 적용된 THP와 DPC의 경우 큰 차이가 난다. 여기서, "No Relay"는 릴레이 노드를 거치지 않고 기지국과 사용자 단말 링크의 사용자를 위한 성능을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 AF 모드 릴레이 노드가 적용된 이동통신 시스템이 시스템의 복잡도를 줄이고 잡음과 간섭을 줄이는 효과가 나타남을 알 수 있다.
도 3은 SIC와 OSIC 기술이 적용된 AF 모드 릴레이 노느의 BER 성능을 도시한 그래프이다.
도 3은 도 2와 대비하여, BER 성능이 개선된 것을 확인할 수 있다. 복잡성 절감에 대한 문제가 남아 있으며, 릴레이 노드에서 잡음 증폭문제가 지속될 수 있다. 그러나 종래 방식과 대비하여 BER 성능은 월등히 향상된 것을 확인할 수 있다.
도 4는 ZF와 MMSE 기술이 적용된 DPC와 THP 기법과 결합된 AF 모드 릴레이 노드의 전송률 성능을 도시한 그래프이다.
도 4에서는 종래 방식과 대비하여 잡음 퍼센트의 증가는 크게 감소하지만 높은 복자도 문제가 발생할 수 있다. 본 발명의 제1 실시 예에서 제안하는 AF 모드 릴레이 노드의 프로토콜은 전송률이 낮은 SNR 값에서 복잡도가 향상된 것을 확인할 수 있다. 도 4에서는 DPC-MMSE가 결합된 AF 모드일 경우 가장 좋은 성능을 보이는 것을 확인할 수 있다. 또한, 스펙트럼 효율을 향상시킬 수 있는 잇점이 있다.
도 5는 SIC와 OSIC가 적용된 AF 모드 릴레이 노드의 프로토콜 시뮬레이션 결과값을 도시한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, DPC-AF-OSIC가 적용될 경우 다른 DPC-AF-SIC, THP-AF-SIC, THP-AF-OSIC 등과 대비하여 전송률 이득 특성이 더 좋은 것을 확인할 수 있다. 낮은 SNR 영역에서 복잡성은 감소하지만 높은 SNR에서 전송률 이득은 더 좋은 성능을 보여주고 있다.
이하에서는, 본 발명의 이동통신 시스템을 설명하며, DF 방식 릴레이 노드가 적용된 것을 예를 들어 설명하기로 한다. 편의상 기지국(10), 릴레이 노드(20) 및 사용자 단말(30)은 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 이동통신 시스템은 첫 번째 시간 슬롯에서 기지국(10)에서 전송된 신호는 릴레이 노드(20)와 사용자 단말(30)에 전송될 수 있다. 따라서, 첫 번째 시간 슬롯에서 기지국(10)에서 전송된 신호를 사용자 단말(30)에서 직접 수신하는 직접 링크의 경우 이 시간에 신호를 검출할 수 있다. DF 방식 릴레이 노드(20)는 두 번째 시간 슬롯에서 신호를 전송하기 위하여, 첫 번째 시간 슬롯에서 수신한 신호를 검출함으로써 간섭을 제거할 수 있다.
여기서, 기지국(10)과 릴레이 노드(20) 사이의 신호의 질이 릴레이 노드(20)와 사용자 단말(30) 사이의 신호의 질보다 좋을 경우 릴레이 노드(20)는 수학식 9를 통해 간섭을 제거할 수 있다.
Figure 112012068403749-pat00013
상기 수학식 9는 두 번째 시간 슬롯에서 수신 신호와 사용자 단말에서 릴레이 신호의 추정값을 고려한 것이다.
본 실시 예에 따른 기지국(10)과 릴레이 노드(20) 사이의 전송률은 수학식 10 및 수학식 11과 같다.
Figure 112012068403749-pat00014
Figure 112012068403749-pat00015
여기서, 수학식 11은 SINRk p가 SINRDF 보다 클 경우이며, 수학식 12는 SINRk p 가 SINRDF와 같거나 작을 경우이다.
또한, 릴레이 노드(20)와 사용자 단말(30) 사이의 전송률(RRN-UE)은 수학식 12와 같다.
Figure 112012068403749-pat00016
Figure 112012068403749-pat00017
Figure 112012068403749-pat00018
여기서, Rr은 기지국과 릴레이 노드 사이의 전송률이며, Rb는 기지국과 사용자 단말 사이의 전송률임.
Figure 112012068403749-pat00019
Figure 112012068403749-pat00020
이때,
Figure 112012068403749-pat00021
일 경우를 고려하여 상기 수학식 13에서와 같이, DF 모드 릴레이 노드의 용량 상한값을 얻을 수 있다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 이동통신 시스템 DF 모드 릴레이 노드에서 상기 표 1의 시뮬레이션 파라미터를 적용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 도시한 그래프들이다.
도 6 내지 도 9는 상기의 AF 모드 릴레이 노드에서 시뮬레이션을 수행한 것과 동일하게 링크 레벨 몬테카를로 시뮬레이션을 기반으로 한 반이중 모드 시스템이며, 잡음 성분은 모든 채널 링크에서 동일한 것으로 가정한다. 또한, 페이딩 성분은 기지국-릴레이 노드 링크와 릴레이 노드-사용자 단말 링크 특성을 기반으로 증가하거나 감속한다고 가정한다.
도 6은 ZF와 MMSE 기술이 적용된 DPC와 THP 기법과 결합된 DF 모드 릴레이 노드의 BER 특성을 도시한 그래프이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 DF 모드 릴레이 노드에서 BER 성능은 DPC-DF-MMSE(DPC 프리코딩, MMSE 신호 검출 방식)일 경우에 다른 경우의 시뮬레이션에 비해 더 좋은 결과를 보여준다. 특히, 도 2에 도시된 AF 모드 릴레이 노드의 BER 특성과 대비하여 동일한 조건에서 더 향상된 결과를 보여주고 있으며, 간섭 제거 및 복잡성이 AF 모드에 비해 감소된 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 DF 모드 릴레이 노드는 AF 모드와 대비하여 늦은 SNR에서 복잡성 문제점이 제거될 수 있다.
도 7은 SIC와 OSIC 기술이 적용된 DF 모드 릴레이 노느의 BER 성능을 시뮬레이션한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 기지국과 사용자 단말간 직접 링크일 경우에 비해 DF 모드 릴레이 노드가 적용된 경우 BER 성능이 더 우수한 것을 확인할 수 있다. 또한, DPC-OSIC가 결합되는 경우 다른 프리코딩 또는 다른 신호검출 방식이 결합되는 경우와 대비하여 BER 성능이 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
여기서, 도 3의 AF 모드 릴레이 노드와 대비하면, 시스템 복잡성이 줄어들며, 간섭 제거 및 효율이 더 좋은 것을 확인할 수 있다.
도 8은 ZF와 MMSE 기술이 적용된 DPC와 THP 기법과 결합된 DF 모드 릴레이 노드의 전송률 성능을 시뮬레이션한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 기지국과 사용자 단말간 직접 링크일 경우에 비해 DF 모드 릴레이 노드가 적용된 경우의 전송효율이 더 큰 것을 알 수 있다. 이때, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 DF 릴레이 노드에서 DPC-MMSE가 적용될 경우 가장 좋은 전송효율이 나타난다. 또한, 도 4와 대비하면 AF 모드보다 더 향상된 전송효율이 나타남을 알 수 있다.
도 9는 SIC 또는 OSIC의 신호 검출과 DPC 또는 THP 프리코딩이 적용된 DF 모드의 전송률을 시뮬레이션한 그래프이다.
도 9를 참조하면, DF 모드에서 시스템은 잡음과 간섭을 최소화 시킬 수 있으며, 낮은 SNR 영역에서 높은 대역폭과 스펙트럼 효율을 제공할 수 있다. 또한, 도 9와 도 5를 대비하면 AF 모드에 비해 DF 모드에서 전송률이 더 높은 것을 알 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 프리코딩 및 신호검출 기법을 최적화하여 다중 안테나가 제공하는 멀티플렉싱 이득을 완전히 이용하여 시스템의 스펙트럼 효율을 유지하면서도, 시스템 속도 및 BER 성능을 최적화할 수 있다.
10: 기지국
20: 릴레이 노드
30: 사용자 단말

Claims (5)

  1. 데이터 스트림을 THP(Thomilson Harashima Precoding) 또는 DPC(Dirty Paper Coding)로 프리코딩된 신호로 전송하는 기지국; 및
    상기 기지국에서 전송되는 데이터 스트림을 복수의 사용자 단말로 중계하거나, 상기 복수의 사용자 단말로부터 수신되는 데이터 스트림을 상기 기지국으로 중계하는 적어도 하나의 릴레이 노드를 포함하되,
    상기 릴레이 노드는 AF(Amplify and Forward) 또는 DF(Decoded and Forward) 모드로 동작하되, 상기 기지국 또는 상기 복수의 사용자 단말로부터 수신되는 데이터 스트림을 ZF(Zero Forcing), MMSE(Minimum Mean Square Error), SIC(Successive Interference Cancellation) 및 OSIC(Ordered Successive Interference Cancellation) 중 어느 하나의 검출 방법을 통해 검출하고, 상기 THP(Thomilson Harashima Precoding) 또는 DPC(Dirty Paper Coding)로 프리코딩하여 중계하되,
    상기 릴레이 노드가 AF 모드 동작할 경우 전력증폭인자(β)는
    Figure 112013091922461-pat00035

    인 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템.
    (여기서, K는 사용자 수, iii 2 는 2(K-i+1) 자유도의 카이제곱 분포인 ith 부채널의 채널이득임)
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 AF 모드 동작시 릴레이 노드의 전송률은
    Figure 112013091922461-pat00023

    로 계산되는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템.
    (여기서,
    Figure 112013091922461-pat00024
    는 기지국과 릴레이 노드 사이의 SINR 이며,
    Figure 112013091922461-pat00025
    는 릴레이 노드와 사용자 단말 사이의 SINR임.)
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 DF 모드 동작 시 릴레이 노드는 상기 기지국으로부터 수신된 신호와 상기 사용자 단말에서 릴레이 노드로 수신되는 신호의 추정값을 이용하여 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 DF 모드 동작 릴레이 노드에서,
    첫번째 시간 슬롯에서 상기 기지국에서 전송되는 신호는 상기 릴레이 노드 및 상기 사용자 단말로 전송되며,
    두 번째 시간 슬롯에서 수신되는 신호에서 동보 통신되는 신호를 감산하여 상기 간섭을 제거하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 네트워크에서 신호간섭을 제거할 수 있는 이동통신 시스템.

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