KR101434456B1

KR101434456B1 - Filter-and-Forward transparent relay design method for QoS maximization in OFDM systems

Info

Publication number: KR101434456B1
Application number: KR1020120066294A
Authority: KR
Inventors: 성영철; 김동건; 서준영
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-08-26
Also published as: KR20130142776A

Abstract

본 발명은 여러 개의 반송파(multi-carrier)를 사용하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 QoS(Quality of Service)를 최대화하는 필터링 후 전달(filter-and-forward transparent) 중계기의 설계방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 단일 반송파에 국한되어 있던 종래의 필터링 후 전달 중계기의 구조를 여러 개의 반송파를 이용하는 OFDM 시스템으로 확장하는 동시에, 기존의 OFDM 중계기와는 달리 중계기에서 OFDM 신호처리를 하지 않고 OFDM 칩 수준(chip level)으로 FIR(Finite Impulse Response) 필터링만을 행하고, 여러 개의 반송파 중 제일 낮은 신호대 잡음비를 최대화하도록 구성됨으로써, 기존의 증폭 후 전달 중계기와 같은 구현의 용이성과 낮은 설치비용을 유지하면서, 수신기에서 전체적인 QoS가 향상되도록 하여 성능은 더욱 향상된 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법이 제공된다. The present invention relates to a method of designing a filter-and-forward transparent repeater that maximizes QoS (Quality of Service) in an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system using multiple carriers The present invention extends the structure of a conventional post-filtering post-transfer repeater that is limited to a single carrier to an OFDM system using several carriers, and unlike an existing OFDM repeater, a repeater does not perform OFDM signal processing, Only the FIR (Finite Impulse Response) filtering is performed at a chip level, and the lowest SNR of the plurality of carriers is maximized. Thus, while maintaining the ease of implementation and low installation cost as in the conventional post- To improve overall QoS so that performance can be maximized in an improved OFDM system It is provided with a relay delivery methods designed after filtering.

Description

[0001] The present invention relates to a method for designing a forwarding relay after filtering to maximize QoS in an OFDM system,

본 발명은 이동통신의 커버리지를 넓히기 위한 용도로 이용되는 중계기에 관한 것으로, 더 상세하게는, 여러 개의 반송파(multi-carrier)를 사용하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 QoS(Quality of Service)를 최대화하는 필터링 후 전달(filter-and-forward transparent) 중계기의 설계방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a repeater used for broadening the coverage of a mobile communication, and more particularly, to a repeater used in an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system using multiple carriers, And a method of designing a filter-and-forward transparent repeater to maximize the output power of the repeater.

최근, 스마트폰이 널리 보급되어 통신 데이터의 양이 급증함에 따라, 무선 통신 시스템에서 점점 더 높은 전송량이 요구되고 있다.
2. Description of the Related Art In recent years, with the widespread use of smart phones and the increase in the amount of communication data, a higher transmission amount is required in wireless communication systems.

이러한 요구에 부합하기 위하여, 통신 시스템이 점차 더 넓은 주파수 자원을 점유하거나, 또는, 더 높은 송신 전력을 사용하여야 하나, 주파수 자원은 한정되어 있고, 특히, 더 높은 송신 전력을 사용하는 경우에는 추가적인 간섭에 의한 성능 저하 때문에 중계기의 사용이 고려된다.
In order to meet this demand, the communication system must occupy a wider frequency resource, or use higher transmission power, but the frequency resources are limited, especially when using higher transmission power, additional interference The use of repeaters is considered because of the performance degradation caused by the use of the repeater.

예를 들면, IEEE 802.16j의 경우는, 중계기의 사용을 통신 표준에서 고려한 대표적인 사례로 볼 수 있으며, 이후 후속 표준 IEEE 802.16m 에서도 중계기를 사용할 수 있도록 명시하고 있다.
For example, in the case of IEEE 802.16j, the use of the repeater can be regarded as a representative example in consideration of the communication standard, and thereafter, the repeater is specified in the subsequent standard IEEE 802.16m.

또한, 최근 LTE-Advanced에서도 중계기를 전송(transparent) 모드와 비전송(non-transparent) 모드로 나누어 지원하며, 이러한 중계기를 통신 영역 확장과 통신 음영지역 해소를 위한 방안으로 고려하고 있다.
In recent LTE-Advanced, the repeater is divided into a transparent mode and a non-transparent mode, and these repeaters are considered as means for expanding the communication area and solving the communication shadow area.

더 상세하게는, 중계기는 이동통신의 커버리지를 넓히기 위한 용도로써, 이동통신 기지국보다 값싸고 적은 신호처리 기능을 탑재한 것이 특징이며, 따라서 간단하면서도 수신단에서의 복호 성능을 높이는 것이 중계기 설계의 목표이다.
More specifically, the repeater is characterized in that it is equipped with a signal processing function which is cheaper and less costly than a mobile communication base station as an application for widening the coverage of the mobile communication. Therefore, it is a simple design objective of the repeater design to improve the decoding performance at the receiving end .

또한, 현재 가장 많이 사용되고 있는 중계기는 간단한 형태의 리피터(Repeater)이며, 또 다른 표현으로는 증폭 후 전달(Amplify and forward) 중계기라고도 부른다.
In addition, the most widely used repeater is a simple type repeater, and another expression is called an amplify and forward repeater.

이러한 기존의 증폭 후 전달 중계기는, 수신한 신호를 단순히 증폭해서 보내는 것만으로도 수신단에서 큰 효과를 볼 수 있다는 측면에서 간단한 구조 및 설계, 그리고 싼 가격에 그 장점이 있으나, 노이즈(noise)까지 증폭시킨다는 단점을 가지고 있다.
Such a conventional post-amplification repeater has advantages such as simple structure and design, and low price in terms of being able to show a large effect at the receiving end simply by amplifying and transmitting the received signal. However, .

또한, 이러한 중계기에 대한 기존의 연구로는, 예를 들면, "Capacity theorems for the relay channel", T. M. Cover and A. El Gamal, IEEE Transactions on Information Theory, vol. 25, pp. 572 ~ 584, Sep. 1979.에서 제안한 압축-후-전달(compres-and-forward), 복호-후-전달(decode-and-forward) 방식과, "Relay networks with delays", A. El Gamal, N. Hassanpour,, and J. Mammen, Transactions on Information Theory, vol. 53, pp. 3413 ~ 3431, Oct. 2007.에서 정의하고 있는 증폭-후-전달(amplify-and-forward) 방식이 있다.
Also, existing studies on such repeaters include, for example, "Capacity theorems for the relay channel ", TM Cover and A. El Gamal, IEEE Transactions on Information Theory, vol. 25, pp. 572-584; Compress-and-forward, decode-and-forward schemes and Relay networks with delays proposed in 1979, A. El Gamal, N. Hassanpour ,, and J. Mammen, Transactions on Information Theory, vol. 53, pp. 3413-3431, Oct. There is an amplify-and-forward scheme as defined in 2007.

여기서, 먼저, 증폭-후-전달 중계방식은, 중계기가 단순히 매 순간 받은 신호를 최대 전송전력 제한에 맞추어 전달하는 방식으로, 단지 신호를 증폭하기만 하므로 기저 대역(base band)으로의 변환이 불필요하여 복잡도가 낮은 장점이 있으나, 신호와 잡음을 모두 증폭하기 때문에 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)가 낮은 경우 중계기의 사용이 전체 시스템의 전송량을 낮추기도 한다는 단점이 있다.
Here, the amplification-after-transmission relay scheme is a method in which a repeater simply transmits a signal received at every moment according to a maximum transmission power limit, and does not need conversion to a base band because it merely amplifies a signal. However, since the signal and noise are both amplified, the use of the repeater may lower the transmission rate of the entire system when the signal-to-noise ratio (SNR) is low.

또한, 압축-후-전달 중계 방식은, 수신기가 송신기로부터 직접 받는 신호의 양을 감안하여 중계기가 수신한 신호를 압축하여 전달하는 방식으로, 결과적으로, 수신기가 더 많은 데이터 전송량을 처리할 수 있도록 중계기에서의 압축률을 조절해야 한다.
In addition, the post-compression-post-relay scheme compresses and transmits the signal received by the repeater in consideration of the amount of the signal received directly from the transmitter by the receiver. As a result, the receiver can process more data throughput The compression ratio in the repeater must be adjusted.

따라서 상기한 압축-후-전달 중계 방식은, 전송량을 높일 수 있도록 중계기의 압축률과 송신기의 부호율 및 부호 분포를 최적화해야 하기 때문에 중계기의 복잡도가 높아지는 단점이 있으며, 아울러, 채널 정보 값에 민감한 특징이 있다.
Therefore, since the compression-post-transmission relay method needs to optimize the compression ratio of the repeater, the code rate and the code distribution of the transmitter so as to increase the transmission amount, the complexity of the repeater is increased, .

더욱이, 복호-후-전달 중계 방식은, 중계기에서 수신한 데이터를 모두 복호한 후 다시 부호화하여 전달하는 방식으로, 수신기는 중계기와 송신기로부터 받은 신호를 모두 이용하여 원하는 데이터를 복호하므로, 전송량을 최대화하는 부호율 및 부호 분포를 정하기 위한 최적화 과정이 추가로 필요하고, 동시에, 중계기에서는, 복호를 위한 신호 처리 기능이 필요하다.
In the decoding-after-transmission relaying scheme, all the data received by the repeater is decoded and then re-encoded and transmitted. The receiver decodes the desired data using both the signals received from the repeater and the transmitter, And a signal processing function for decoding is required in the repeater.

따라서 상기한 복호-후-전달 중계 방식은, 증폭-후-전달 중계 방식과 마찬가지로, 신호대 잡음비가 낮은 경우 중계기의 사용이 성능을 저하시키기도 한다는 단점이 여전히 존재하는 것이었다.
Therefore, the decode-after-relay relay scheme has a disadvantage in that, when the signal-to-noise ratio is low, the use of the repeater degrades the performance, as in the post-amplification-post-relay scheme.

상기한 바와 같이, 종래, 여러 가지의 중계방식이 제안되었으나, 상기한 바와 같은 압축 후 전달 중계기와 복호 후 전달 중계기는, 송신기와 중계기가 실시간으로 처리하기에 너무 복잡한 신호처리를 요구하기 때문에 현실적인 중계기술로 사용하기 어려운 측면이 있다.
As described above, conventionally, various relay methods have been proposed. However, since the post-compression repeater and the post-decoding repeater as described above require a signal processing that is too complex for the transmitter and the repeater to process in real time, There are aspects that are difficult to use with technology.

이에 따라, 증폭 후 전달 중계기가 현재 주로 사용되고는 있으나, 이 또한 상기한 바와 같이 신호와 잡음을 모두 증폭하기 때문에 신호대 잡음비(SNR)가 낮은 경우 사용이 어렵다는 단점이 있다.
As a result, although the amplifying and transmitting repeater is mainly used at present, it also has the disadvantage that it is difficult to use when the signal to noise ratio (SNR) is low because it amplifies both signals and noise as described above.

따라서 상기한 바와 같은 종래의 중계기들의 문제점을 해결하기 위하여는, 중계기에서 필터링을 행하여 증폭-후-전달 중계 방식보다 복잡한 신호처리가 가능하며, 기존의 비선형 신호처리 방식보다 매우 단순한 신호처리를 요구하는 필터링 후 전달 중계기(Filter and forward) 및 그 설계방법을 제안하여, 기존의 증폭-후-전달 중계기보다 중계기의 전송 파워를 절감할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
Therefore, in order to solve the problems of the conventional repeaters as described above, it is required to perform signal processing more complicated than the amplification-post-transmission relay method by performing filtering in the repeater, Filter and forward after filtering and its design method are proposed to reduce the transmission power of the repeater rather than the conventional amplification-post-transmission repeater.

이에, 최근에는, 상기한 증폭 후 전달 방식처럼 간단한 구조 및 설계가 가능한 장점을 가진 필터링 후 전달(Filter and forward) 중계기를 고려하여, QoS(Quality of Service)를 최대화할 수 있는 필터링 후 전달 중계기에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
In recent years, a post-filtering repeater capable of maximizing quality of service (QoS) in consideration of a filter and forward repeater having advantages of simple structure and design like the amplification and transmission scheme described above Research is actively being carried out.

즉, 무선 통신에 있어서 QoS 보장은 중요한 문제로서, 필터링 후 전달 중계기는 기존에 많이 사용되고 있는 증폭 후 전달 중계기 대비 더 높은 QoS를 만족시킬 수 있으므로, 셀 커버리지 확장에 중요한 역할을 할 수 있다.
In other words, QoS guarantee in wireless communication is an important issue, and the post-filtering repeater can play an important role in expanding the cell coverage since it can satisfy the higher QoS compared to the conventional amplifying and delivering repeater.

따라서 이러한 필터링 후 전달 중계기에 대하여도 다양한 연구가 이루어져 왔으며, 이러한 필터링 후 전달 중계기에 대한 기존 연구로는, 예를 들면, "Filter-and-forward distributed beamforming in relay networks with frequency selective fading", H. Chen, A. Gershman, and S. Shahbazpanahi, IEEE Trans. Signal Process., vol. 58, pp. 1251 ~ 1262, Mar. 2010과, "Cooperative filter-and-forward beamforming for frequency-selective channels with equalization", Y. Liang, A. Ikhlef, W. Gerstacker, and R. Schober, IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 10, pp. 228 ~ 239, Jan. 2011 및 "A joint time-invariant filtering approach to the linear Gaussian relay problem", C. Kim, Y. Sung, and Y. H. Lee, to appear in IEEE Trans. Signal Process., Jul. 2012. Available at http://wisrl.kaist.ac.kr/papers/KimSungLee12SP.pdf에 제시된 바와 같은 것들이 있다.
Therefore, various researches have been made on the post-filtering repeater after filtering. For example, in the past researches on the post-filtering repeater, there have been proposed "Filter-and-forward distributed beamforming in relay networks with frequency selective fading" Chen, A. Gershman, and S. Shahbazpanahi, IEEE Trans. Signal Process., Vol. 58, pp. 1251-1262, Mar. 2010, "Cooperative filter-and-forward beamforming for frequency-selective channels with equalization ", Y. Liang, A. Ikhlef, W. Gerstacker, and R. Schober, IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 10, pp. 228-239, Jan. 2011 and "A joint time-invariant filtering approach to the linear Gaussian relay problem", C. Kim, Y. Sung, and YH Lee, to appear in IEEE Trans. Signal Process., Jul. 2012. Available at http://wisrl.kaist.ac.kr/papers/KimSungLee12SP.pdf.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 연구들은 단일 반송파(single carrier)에 관한 연구로서, 그 사용이 제한적이라는 한계가 있는 것이었다.
However, the above-mentioned conventional studies have been limited to the use of a single carrier.

즉, 현재 대부분의 무선 통신 시스템들은 여러 개의 반송파(multi-carrier)를 고려하여 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템을 사용하고 있으나, 현재까지 필터링 후 전달 중계기 방식을 OFDM 시스템으로 확장한 연구는 보고된 바 없었다.
In other words, most of the wireless communication systems currently use OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system considering multi-carriers, but the research that extended the post-filtering repeater method to the OFDM system has been reported There was no bar.

또한, OFDM 중계기에 대한 기존 연구로는, 예를 들면, "On the optimal power allocation for nongenerative OFDM relay links", I. Hammerstr¨om and A. Wittneben, in Proc. of ICC, pp. 4463 ~ 4468, June 2006.과, "Joint optimization of relay strategies and resource allocations in cooperative cellular networks", T. Ng andW. Yu, IEEE J. Sel. Areas Communi., vol. 25, pp. 328 ~ 339, Feb. 2007.과, "Optimal spectrum sharing and power allocation for OFDM-based two-way relaying", M. Dong and S. Shahbazpanahi, in Proc. of ICASSP, pp. 3310 ~ 3313, Mar. 2010. 및 "Subcarrier-pair based resource allocation for cooperative multi-relay OFDMsystems", W. Dang,M. Tao, H.Mu, and J. Huang, IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 9, pp. 1640 ~ 1649, May 2010.에 제시된 바와 같은 것들이 있다.
Also, existing researches on OFDM repeaters include, for example, "On the optimal power allocation for nongenerative OFDM relay links ", I. Hammerström and A. Wittneben, in Proc. of ICC, pp. 4463-4468, June 2006. "Joint optimization of relaying strategies and resource allocations in cooperative cellular networks ", T. Ng and W. Yu, IEEE J. Sel. Areas Communi., Vol. 25, pp. 328-339, Feb. 2007, "Optimal spectrum sharing and power allocation for OFDM-based two-way relaying ", M. Dong and S. Shahbazpanahi, in Proc. of ICASSP, pp. 3310 ~ 3313, Mar. 2010. and "Subcarrier-pair based resource allocation for cooperative multi-relay OFDM systems ", W. Dang, M. Tao, H. Mu, and J. Huang, IEEE Trans. Wireless Commun., Vol. 9, pp. 1640 ~ 1649, May 2010.

상기한 종래기술의 문헌들에 제시된 바와 같이, 기존의 증폭 후 전달 중계기와 복호 후 전달 중계기를 OFDM 시스템으로 확장한 경우에는, 중계기에서 OFDM 변복조 처리를 행하는 경우를 고려하여, 즉, 중계기가 송신기로부터 받은 OFDM 신호를 먼저 OFDM 복조하고, 복조된 신호를 증폭하거나 복호하고 나서 다시 OFDM 변조하여 중계기가 수신기에 송신하는 구조를 고려하고 있다.
In the case where the existing post-amplification transmission repeater and the post-decoding transmission repeater are extended to the OFDM system as described in the above-mentioned prior art documents, considering the case of performing OFDM modulation and demodulation processing in the repeater, that is, OFDM demodulates the received OFDM signal first, amplifies or decodes the demodulated signal, performs OFDM modulation on the demodulated signal, and transmits the signal to the receiver.

다시 말하면, 기존에 제시된 OFDM 중계기의 경우는, 송신기(기지국)처럼 OFDM 신호처리를 할 수 있는 능력이 있어야 하기 때문에 훨씬 복잡한 하드웨어 구조를 필요로 하고, 값비싼 중계기 설치 비용을 요구한다는 문제점이 있는 것이었다.
In other words, the existing OFDM repeater needs a more complicated hardware structure because it has to be capable of OFDM signal processing like a transmitter (base station), and there is a problem that it requires expensive installation cost of a repeater .

따라서 상기한 바와 같은 종래의 중계기들의 문제점을 해결하기 위하여는, 단일 반송파에 국한되어 있던 종래의 필터링 후 전달 중계기의 구조를 여러 개의 반송파를 이용하는 OFDM 시스템으로 확장하는 동시에, 기존의 OFDM 중계기와는 달리 중계기에서 OFDM 신호처리를 하지 않고 OFDM 칩 수준(chip level)으로 FIR(Finite Impulse Response) 필터링만을 행하도록 구성됨으로써, 기존의 증폭 후 전달 중계기와 같은 구현의 용이성과 낮은 설치비용을 유지하면서 성능은 더욱 향상된 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
Therefore, in order to solve the problems of the conventional repeaters as described above, the structure of the conventional post-filtering repeater that is limited to a single carrier is extended to an OFDM system using several carriers, and unlike a conventional OFDM repeater The repeater is configured to perform only FIR (Finite Impulse Response) filtering at the OFDM chip level (chip level) without OFDM signal processing, so that the performance is improved while maintaining the ease of implementation and low installation cost as the conventional post- It is desirable to provide a post-filtering relaying repeater design method that maximizes QoS in an enhanced OFDM system, but a device or a method that satisfies all of such requirements has not yet been provided.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 단일 반송파에 국한되어 있던 종래의 필터링 후 전달 중계기의 구조를 여러 개의 반송파를 이용하는 OFDM 시스템으로 확장하는 동시에, 기존의 OFDM 중계기와는 달리 중계기에서 OFDM 신호처리를 하지 않고 OFDM 칩 수준(chip level)으로 FIR(Finite Impulse Response) 필터링만을 행하도록 구성됨으로써, 기존의 증폭 후 전달 중계기와 같은 구현의 용이성과 낮은 설치비용을 유지하면서 성능은 더욱 향상된 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법을 제공하고자 하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems of the conventional art, and it is an object of the present invention to provide a multi-carrier OFDM system in which the structure of a conventional post- , It is configured to perform FIR (Finite Impulse Response) filtering only at an OFDM chip level (chip level) instead of the OFDM signal processing in the repeater, unlike the conventional OFDM repeater, In this paper, we propose a post-filtering repeater design method that maximizes QoS in OFDM system with higher performance while maintaining installation cost.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 여러 개의 반송파 중 제일 낮은 신호대 잡음비를 최대화함으로써 수신에서 전체적인 QoS가 향상되도록 하는 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법을 제공하고자 하는 것이다.
It is another object of the present invention to provide a post-filtering relaying repeater design method that maximizes QoS in an OFDM system that maximizes the lowest signal-to-noise ratio among a plurality of carriers to improve overall QoS in reception.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 복수의 반송파(multi-carrier)를 사용하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 복수의 상기 반송파를 동일한 파워로 전송하는 경우 QoS(Quality of Service)를 최대화하는 필터링 후 전달(filter-and-forward transparent) 중계기의 설계방법에 있어서, 수신된 전체 신호에서 신호 부분과 노이즈 부분을 분리하는 단계; 상기 신호 부분과 노이즈 부분을 분리하는 단계에서 분리된 신호 부분과 노이즈 부분에 대하여 각각의 파워를 구하여 신호대 잡음비 및 중계기의 파워를 구하는 단계; 및 상기 신호대 잡음비 및 중계기의 파워를 구하는 단계에서 구해진 값을 이용하여 반송파 중 신호대 잡음비가 가장 낮은 반송파의 신호대 잡음비를 최대화함으로써 전체적인 수신기의 QoS를 최대화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터링 후 전달 중계기의 설계방법이 제공된다.
In order to achieve the above object, according to the present invention, in an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system using a plurality of carriers, when a plurality of carriers are transmitted at the same power, A method of designing a filter-and-forward transparent repeater for maximizing a service, comprising: separating a signal portion and a noise portion from a received overall signal; Determining a signal-to-noise ratio and a power of the repeater by dividing the signal portion and the noise portion by power of each of the separated signal portion and the noise portion; And maximizing a QoS of an overall receiver by maximizing a signal-to-noise ratio of a carrier having a lowest signal-to-noise ratio among carriers using a value obtained in the step of obtaining the signal-to-noise ratio and the power of the repeater. Is provided.

여기서, 상기 신호 부분과 노이즈 부분을 분리하는 단계는, 수신단에서 OFDM 복조를 위해 수신신호에 노멀라이즈(normalized) DFT를 취해 얻은 신호를 이하의 수학식으로 나타낼 때,
Here, the step of separating the signal portion and the noise portion may include: when a signal obtained by performing a normalized DFT on a reception signal for OFDM demodulation at a receiving end is expressed by the following equation,

(여기서, D는 OFDM 프로세싱을 통해 얻어진 N×N 크기를 가지는 순환행렬(circulant matrix) H_C를 노멀라이즈(normalized) DFT 행렬과 노멀라이즈(normalized) IDFT를 통해 고유값 분해(Eigen decomposition)하여 얻은 대각행렬이며,

는 노멀라이즈(normalized) DFT 행렬이고, (Where D is an N × N circulant matrix H _C obtained through OFDM processing, obtained by Eigen decomposition through a normalized DFT matrix and a normalized IDFT, Diagonal matrix,

Is a normalized DFT matrix,

,

임)

being)

이하의 수학식에 따라 상기 대각행렬 D의 대각 원소들을 구하는 단계; 및
Obtaining diagonal elements of the diagonal matrix D according to the following equation; And

(여기서,

는 크기가 N인 DFT 행렬임)
(here,

Is a DFT matrix of size N)

구해진 상기 대각행렬 D의 대각 원소들의 값에 근거하여, 이하의 수학식에 따라 수신된 신호의 신호 부분과 노이즈 부분을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
And separating the signal portion and the noise portion of the received signal according to the following equation based on the value of the diagonal elements of the diagonal matrix D obtained.

또한, 상기 신호대 잡음비 및 중계기의 파워를 구하는 단계는,

이 중계기 필터 계수로 이루어진 열벡터라 할 때, 이하의 수학식을 이용하여 상기 신호 부분에 대한 파워를 구하는 단계;
The step of obtaining the signal-to-noise ratio and the power of the repeater may include:

Calculating a power for the signal portion by using the following equation when a column vector is formed of the repeater filter coefficient;

이하의 수학식을 이용하여 노이즈 부분에 대한 파워를 구하는 단계;
Obtaining power for the noise portion using the following equation: < EMI ID = 1.0 >

이하의 수학식을 이용하여 k번째 반송파에 대한 신호대 잡음비를 구하는 단계; 및
Obtaining a signal-to-noise ratio for a k-th carrier using the following equation: And

이하의 수학식을 이용하여 중계기의 파워를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
And calculating power of the repeater using the following equation.

아울러, 상기 수신기의 QoS를 최대화하는 단계는, N개의 반송파 중 신호대 잡음비가 가장 낮은 반송파의 신호대 잡음비를 최대화하기 위해, 상기 k번째 반송파에 대한 신호대 잡음비를 구하기 위한 수학식과 상기 중계기의 파워를 구하기 위한 수학식에 최적화 이론을 적용하여 이하의 수학식에 나타낸 존재 가능성(feasibility) 문제로 변환하는 단계; 및
In order to maximize the signal-to-noise ratio of a carrier having the lowest signal-to-noise ratio among the N carriers, the maximizing the QoS of the receiver may include calculating a SNR for the k-th carrier, Applying optimization to the mathematical expression and transforming it into a feasibility problem expressed in the following mathematical expression; And

이분법(bisection) 알고리즘을 이용하여 상기 존재 가능성 문제의 해를 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
And solving the existence possibility problem using a bisection algorithm.

여기서, 상기 이분법 알고리즘은,

를 만족하는 적절한 임의의 구간을 선택하는 단계;

로 값을 설정하는 단계; 상기 존재 가능성 문제의 해를 구하는 단계; 상기 존재 가능성 문제의 해를 구하는 단계에서 해가 존재하면

로 설정하고, 해가 존재하지 않으면

로 설정하는 단계; 및

(여기서,

는 허용할 수 있는 오차의 한계)를 만족할 때까지 상기 단계들을 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Here,

Selecting an appropriate arbitrary interval satisfying the following equation;

Setting a value to zero; Obtaining a solution of the existence possibility problem; If there is a solution in the step of finding the solution of the existence possibility problem

And if the solution does not exist

; And

(here,

And repeating the above steps until it satisfies the allowable tolerance of error).

또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 설계방법을 이용하여, 반송파 중 신호대 잡음비가 가장 낮은 반송파의 신호대 잡음비를 최대화함으로써 전체적인 수신기의 QoS를 최대화도록 구성된 것을 특징으로 하는 필터링 후 전달 중계기가 제공된다.
According to the present invention, the post-filtering repeater is configured to maximize the QoS of the overall receiver by maximizing the signal-to-noise ratio of the carrier wave having the lowest signal-to-noise ratio among the carriers using the design method described above.

아울러, 본 발명에 따르면, 복수의 반송파(multi-carrier)를 사용하는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 시스템에서 각각의 반송파별로 할당 가능한 최대 파워의 제한이 있는 중계기의 파워 제한조건 하에서 QoS(Quality of Service)를 최대화하는 필터링 후 전달(filter-and-forward transparent) 중계기의 설계방법에 있어서, N개의 반송파에 대하여 파워 할당

을 초기화하는 제 1 단계; 임의의 파워 할당으로 전송된 신호에 대하여 QoS가 최대화되도록 중계기를 설계하는 제 2 단계; 상기 중계기를 설계하는 단계에서 설계된 상기 중계기의 필터를 고정시키고 QoS를 최대화하는 송신기의 파워 할당을 구하는 제 3 단계; 상기 송신기의 파워 할당을 구하는 단계에서 구해진 파워로 할당된 신호에 대하여 다시 QoS가 최대화되도록 중계기를 설계하는 제 4 단계; 및 미리 정해진 오차 범위를 만족할 때까지 상기 제 2 내지 제 4 단계를 반복하는 제 5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터링 후 전달 중계기의 설계방법이 제공된다.
In addition, according to the present invention, in an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system using a plurality of carriers, under a power limiting condition of a repeater having a maximum power limitable for each carrier wave, A method of designing a filter-and-forward transparent repeater for maximizing a power allocation

The method comprising: A second step of designing a repeater such that a QoS is maximized for a signal transmitted with arbitrary power allocation; A third step of obtaining a power allocation of a transmitter that maximizes QoS by fixing a filter of the repeater designed in the step of designing the repeater; A fourth step of designing a repeater to maximize the QoS of the signal allocated with the power obtained in the step of obtaining the power allocation of the transmitter; And a fifth step of repeating the second to fourth steps until a predetermined error range is satisfied. A method of designing a repeater for filtering after a filtering is provided.

여기서, 상기 제 2 단계 및 제 4 단계는, 상기에 기재된 필터링 후 전달 중계기의 설계방법을 이용하여 중계기를 설계하는 것을 특징으로 한다.
In the second and fourth steps, the repeater is designed using the method of designing the post-filtering repeater as described above.

더욱이, 상기 제 3 단계는, 이하의 수학식을 이용하여 상기 송신기의 파워 할당을 구하는 것을 특징으로 한다.
Further, the third step is characterized by obtaining the power allocation of the transmitter using the following equation.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 단일 반송파에 국한되어 있던 종래의 필터링 후 전달 중계기의 구조를 여러 개의 반송파를 이용하는 OFDM 시스템으로 확장하고, 기존의 OFDM 중계기와는 달리 중계기에서 OFDM 신호처리를 하지 않고 OFDM 칩 수준(chip level)으로 FIR(Finite Impulse Response) 필터링만을 행하도록 구성됨으로써, 기존의 증폭 후 전달 중계기와 같은 구현의 용이성과 낮은 설치비용을 유지하면서 성능은 더욱 향상된 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법을 제공할 수 있다.
As described above, according to the present invention, the structure of a conventional post-filtering repeater that is limited to a single carrier is extended to an OFDM system using several carriers, and unlike a conventional OFDM repeater, a repeater performs OFDM signal processing (FIR) filtering only at the OFDM chip level, maximizing QoS in the enhanced OFDM system while maintaining the same ease of implementation and low installation cost as the existing amplified and delivered repeater To provide a post-filtering repeater design method.

또한, 본 발명에 따르면, 여러 개의 반송파 중 제일 낮은 신호대 잡음비를 최대화함으로써 수신기에서 전체적인 QoS가 향상되도록 하는 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법을 제공할 수 있다.
Also, according to the present invention, it is possible to provide a post-filtering relaying repeater design method that maximizes QoS in an OFDM system that maximizes the lowest signal-to-noise ratio among a plurality of carriers to improve overall QoS in a receiver.

도 1은 OFDM 통신 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법을 구현하기 위한 OFDM 통신 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 GRF로부터 H_C가 생성되는 것을 나타내는 도면이다.
도 4는 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 설계방법을 이용하여 구현된 필터링 후 전달 중계기의 성능을 시험하기 위한 모의실험 결과를 나타내는 도면으로, 본 발명의 [알고리즘 1]에 따라 설계된 중계기 필터의 성능을 시험한 모의실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 설계방법을 이용하여 구현된 필터링 후 전달 중계기의 성능을 시험하기 위한 모의실험 결과를 나타내는 도면으로, 중계기에 제공된 RD 채널의 채널 분포 정보가 그 분산이 1로 주어졌을 경우 본 발명의 설계방법에 따라 설계된 중계기 필터가 실제 채널 분포가 다를 때 얼마나 강인한가를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 설계방법을 이용하여 구현된 필터링 후 전달 중계기의 성능을 시험하기 위한 모의실험 결과를 나타내는 도면으로, 본 발명의 [알고리즘 2]에 따라 설계된 중계기 필터가 본 발명의 [알고리즘 1]에 따른 중계기 필터보다 얼마나 QoS가 향상되는지를 나타내는 도면이다. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an OFDM communication system.
2 is a diagram schematically illustrating a configuration of an OFDM communication system for implementing a post-filtering relaying repeater design method for maximizing QoS in an OFDM system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing that the H _C generated from GRF.
FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams illustrating simulation results for testing the performance of a post-filtering repeater implemented using a design method according to an embodiment of the present invention. Fig. 7 is a diagram showing a simulation result of testing the performance of a filter. Fig.
FIG. 6 through FIG. 8 are diagrams illustrating simulation results for testing the performance of a post-filtering repeater implemented using a design method according to an embodiment of the present invention. The channel distribution information of the RD channel provided to the repeater is shown in FIG. When the dispersion is given as 1, the repeater filter designed according to the design method of the present invention shows how robust it is when the actual channel distribution is different.
FIG. 9 is a diagram illustrating simulation results for testing the performance of a post-filtering repeater implemented using a design method according to an embodiment of the present invention, wherein a repeater filter designed according to [Algorithm 2] Is a diagram showing how QoS is improved compared with the repeater filter according to [Algorithm 1] of FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A detailed description of a post-filtering relaying repeater design method for maximizing QoS in an OFDM system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
It should be noted that the following description is only an embodiment for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.

즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 단일 반송파에 국한되어 있던 종래의 필터링 후 전달 중계기의 구조를 여러 개의 반송파를 이용하는 OFDM 시스템으로 확장하는 동시에, 기존의 OFDM 중계기와는 달리 중계기에서 OFDM 신호처리를 하지 않고 OFDM 칩 수준(chip level)으로 FIR(Finite Impulse Response) 필터링만을 행하도록 구성됨으로써, 기존의 증폭 후 전달 중계기와 같은 구현의 용이성과 낮은 설치비용을 유지하면서 성능은 더욱 향상된 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법에 관한 것이다.
That is, according to the present invention, as described later, the structure of a conventional post-filtering repeater that is limited to a single carrier is extended to an OFDM system using several carriers, and unlike a conventional OFDM repeater, (FIR) filtering only at the OFDM chip level, thereby improving the performance of the OFDM system while maintaining the ease of implementation and low installation cost as in the conventional amplification and transmission repeater, The present invention relates to a method for designing a post-filtering repeater for maximizing a post-

또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이 하여 여러 개의 반송파 중 제일 낮은 신호대 잡음비를 최대화함으로써, 수신기에서 전체적인 QoS가 향상되도록 하는 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법에 관한 것이다.
The present invention also relates to a post-filtering relaying repeater design method for maximizing QoS in an OFDM system in which overall QoS is improved in a receiver by maximizing a lowest SNR among a plurality of carriers as described below.

이를 위해, 본 발명에 따르면, 후술하는 바와 같이, 첫 번째 설계방법으로서, 송신기(기지국)에서 파워 할당을 조절하지 않고 여러 개의 반송파를 같은 파워로 송신하는 경우에 QoS를 최대화하는 설계방법이 제안되며, 두 번째 방법으로서, 송신기의 여러 개의 반송파에 해당하는 파워 할당과 중계기의 설계를 반복적으로 행하여 QoS를 최대화할 수 있도록 하는 설계방법이 제안된다.
To this end, according to the present invention, as a first design method, a design method of maximizing QoS when transmitting a plurality of carriers at the same power without adjusting power allocation at a transmitter (base station) is proposed As a second method, a design method is proposed that maximizes QoS by repeatedly designing power allocations and repeaters corresponding to several carriers of a transmitter.

계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법의 구체적인 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
Next, with reference to the accompanying drawings, a specific embodiment of a post-filtering repeater design method for maximizing QoS in the OFDM system according to the present invention as described above will be described in detail.

먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 OFDM 통신 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
Referring first to FIG. 1, FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an OFDM communication system.

즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에서는, 설명을 간략히 하기 위해, 송신기와 중계기 및 수신기가 각각 하나씩 존재하는 경우를 상정하여 본 발명을 설명하며, 여기서, 각각의 송신기, 중계기 및 수신기는 각각 안테나를 한 개씩 사용하고 있는 것으로 가정하여 본 발명을 설명한다.
That is, as shown in FIG. 1, in order to simplify the explanation of the embodiments of the present invention, the present invention will be described on the assumption that there is one transmitter, one repeater, and one receiver, The present invention will be described on the assumption that the transmitter, the repeater, and the receiver of the transmitter use one antenna.

또한, 도 1에 있어서, 송신기는 셀 내의 기지국에 해당하며, 수신기는 여러 단말기들이라고 볼 수 있다.
Also, in FIG. 1, the transmitter corresponds to a base station in a cell, and the receiver can be regarded as a plurality of terminals.

아울러, 기지국과 중계기 사이의 SR(Source to Relay) 채널정보는, 기지국과 중계기의 통신을 통해 중계기에게 알려져 있고, 중계기와 단말기들 사이의 RD(Relay to Destination) 채널정보는 기지국에 알려져 있지 않다.
In addition, SR (Source to Relay) channel information between the base station and the repeater is known to the repeater through communication between the base station and the repeater, and relay to destination channel information between the repeater and the terminals is not known to the base station.

이는, 본 발명은 LTE-Advanced에서 고려되고 있는 전송(transparent) 모드의 중계기를 고려하고 있으므로, 채널정보를 알 수 없기 때문이다.
This is because the present invention takes into account the relay mode of the transparent mode considered in LTE-Advanced, and thus the channel information can not be known.

그러나 중계기의 초기 설치 및 배치를 통해 채널정보의 분포에 대한 정보를 알 수 있다.
However, information on the distribution of channel information can be obtained through the initial installation and arrangement of the repeater.

따라서 RD 채널정보는 중계기에 알려져 있지 않지만, RD 채널 분포에 대한 정보는 중계기에게 알려져 있다고 가정한다.
Therefore, it is assumed that the RD channel information is not known to the repeater but the information about the RD channel distribution is known to the repeater.

그리고 송신기와 수신기의 직접 링크는 미약하여 존재하지 않는다고 가정하면, SR 채널과 RD 채널은 각각 ISI(Inter Symbol Interference) 채널로 FIR 필터로 모델링 될 수 있다.
Assuming that the direct link between the transmitter and the receiver is weak and does not exist, the SR channel and the RD channel can be modeled as FIR filters with ISI (Inter Symbol Interference) channels, respectively.

따라서 이하의 실시예에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 송신기와 수신기에서는 OFDM 신호처리를 사용하고, 중계기에서는 FIR 필터링만을 행하는 네트워크를 고려하여 본 발명을 설명한다.
Therefore, in the following embodiments, the present invention will be described with reference to a network in which OFDM signal processing is used in the transmitter and receiver and only FIR filtering is performed in the relay as shown in Fig.

즉, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법을 구현하기 위한 OFDM 통신 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
2, FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of an OFDM communication system for implementing a post-filtering relaying repeater design method for maximizing QoS in an OFDM system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 2에 나타낸 OFDM 통신 시스템에 있어서, 그 구체적인 데이터 모델에 대하여 설명하면 다음과 같다.
In the OFDM communication system shown in FIG. 2, the concrete data model will be described as follows.

먼저, 송신기에서 길이가 N인 OFDM 심볼 벡터는 다음과 같다.
First, an OFDM symbol vector having a length N in the transmitter is as follows.

[수학식 1] [Equation 1]

여기서, 각 데이터 심볼들은 평균이 0인 독립적인 복소 가우시안 분포를 따른다고 가정한다.
Here, it is assumed that each data symbol follows an independent complex Gaussian distribution with an average of zero.

데이터 심볼들을 송신하기 위해 OFDM 변조를 노멀라이즈(Normalized) IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 하게 되면, 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
Normalized IDFT (Inverse Discrete Fourier Transform) OFDM modulation for transmitting data symbols results in the following results.

[수학식 2] &Quot; (2) "

여기서,

은 노멀라이즈(normalized) IDFT 행렬 W_N의 k 번째 열을 나타낸다.
here,

Represents the kth column of the normalized IDFT matrix W _N.

상기한 [수학식 2]를 이용하여, 다음과 같이 X_s를 다시 나타낼 수 있다.
Using the above-described expression (2), X _s can be rewritten as follows.

또한, 송신기에서는 이러한 OFDM 신호를 송신하기 전에 ISI 채널을 극복하기 위해, CP(Cyclic prefix)를 다음과 같이 붙이게 된다.
In order to overcome the ISI channel before transmitting the OFDM signal, the transmitter attaches CP (Cyclic Prefix) as follows.

[수학식 3] &Quot; (3) "

이와 같이 CP가 붙여진

를 송신기에서 송신하게 되면, 이 신호는 SR 채널을 지나 중계기에 도달하게 된다.
In this way,

Is transmitted from the transmitter, this signal reaches the repeater through the SR channel.

중계기에서 수신한 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
The signal received at the repeater can be expressed as:

[수학식 4] &Quot; (4) "

여기서,

는 SR 채널의 필터 탭 계수를 나타내는 벡터이고, 이 채널정보는 중계기에게 모두 알려져 있다.
here,

Is a vector representing a filter tap coefficient of the SR channel, and this channel information is all known to the repeater.

또한, 중계기에서의 노이즈는

로 나타내며, 중계기에서는 수신한 신호를 OFDM 변복조를 하지 않고, 단지 OFDM 칩 수준(chip level)으로 FIR 필터링만을 행하여 수신기로 송신한다.
Also, the noise in the repeater

. In the repeater, the received signal is subjected to FIR filtering only at the OFDM chip level (chip level) without OFDM modulation and transmission, and is transmitted to the receiver.

중계기에서 송신한 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
The signal transmitted from the repeater can be expressed as follows.

[수학식 5] &Quot; (5) "

여기서,

는 중계기의 FIR 필터 계수들을 벡터로 나타낸 것이며, L_r은 필터의 차수를 나타낸다.
here,

Is the vector of the FIR filter coefficients of the repeater, and L _r is the order of the filter.

주의할 점은, L_r = 1일 때, 본 실시예에서 제안한 필터링 후 전달 중계기는 기존의 증폭 후 전달 중계기와 같아지나, L_r > 1일 때는 증폭 후 전달 중계기보다 더 많은 신호처리를 할 수 있는 필터링 후 전달 중계기가 된다.
Note that when L _r = 1, the post-filtering repeater proposed in this embodiment is the same as the conventional post-amplification repeater, but when L _r > 1, the post-amplification repeater can perform more signal processing After filtering, it becomes a forwarding relay.

중계기에서 필터링된 신호는 RD 채널을 거쳐 수신기로 보내지며, 수신기에서 수신한 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
The filtered signal at the repeater is sent to the receiver via the RD channel, and the signal received at the receiver can be expressed as:

[수학식 6] &Quot; (6) "

여기서,

는 RD 채널의 필터 탭 계수를 나타내는 벡터이고, 각 필터 탭들은 i.i.d(independent and identically distributed) 이며,

를 따른다.
here,

Is a vector representing the filter tap coefficients of the RD channel, each filter tap is iid (independent and identically distributed)

.

상기한 바와 같이, SR 채널과 달리 RD 채널은 채널정보가 중계기에게 알려져 있지 않고, RD 채널의 분포만 중계기에게 알려져 있으며, 이것은 LTE-Advanced의 전송(transparent) 모드 중계기에 적합한 가정이다.
As described above, unlike the SR channel, the channel information of the RD channel is not known to the repeater, and only the distribution of the RD channel is known to the repeater, which is a suitable assumption for the LTE-Advanced transparent mode repeater.

앞에서 표현한 식들을 벡터로 합쳐서 표현하면 다음과 같이 중계기에서 송신한 신호와 수신기에서 수신한 신호를 표현할 수 있다.
Expressing the above expressions as a vector, it is possible to express the signal transmitted from the repeater and the signal received from the receiver as follows.

[수학식 7] &Quot; (7) "

여기서, 각 벡터는 다음과 같다. Here, each vector is as follows.

여기서,

는 다음과 같은 특징을 갖는 토플리츠 행렬을 나타낸다.
here,

Represents a Toffler matrix with the following characteristics.

즉,

는

크기를 갖는 토플리츠 행렬을 나타내며, 첫 번째 행을

로 가지는 행렬이고, g^T는 1×L_g 크기의 행 벡터이다.
In other words,

The

Represents a Toffler's matrix having a size, and the first row

And g ^T is a row vector having a size of 1 x L _g .

OFDM 변복조를 통해 ISI 문제를 효과적으로 해결하기 위해,

로 가정한다.
In order to effectively solve the ISI problem through the OFDM modulation / demodulation,

.

따라서 수신단에서 OFDM 복조를 위해 수신신호에 노멀라이즈(normalized) DFT 를 취해 얻은 신호는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Therefore, the signal obtained by taking the normalized DFT on the received signal for OFDM demodulation at the receiving end can be expressed as follows.

[수학식 8] &Quot; (8) "

여기서,

는 노멀라이즈(normalized) DFT 행렬을 나타내고, H_C는 일반적인 OFDM 프로세싱을 통해 얻어진 N×M크기를 가지는 순환행렬(circulant matrix)이며, D는 H_C를 노멀라이즈(normalized) DFT 행렬과 노멀라이즈(normalized) IDFT를 통해 고유값 분해(Eigen decomposition)하여 얻은 대각행렬이다.
here,

Denotes a normalized DFT matrix, H _C denotes a circulant matrix having N × M sizes obtained through general OFDM processing, D denotes H _C , a normalized DFT matrix, and normalize normalized) is a diagonal matrix obtained by Eigen decomposition through IDFT.

상기한 [수학식 8]의 과정은 수신단에서의 일반적인 OFDM 프로세싱 과정이며, 이와 같이 하여 얻어진 일반적인 수식으로는 본 발명이 달성하고자 하는 중계기의 필터 계수

를 최적화할 수 없다.
The process of Equation (8) above is a general OFDM processing process at the receiving end, and as a general formula thus obtained, the filter coefficient of the repeater to be achieved by the present invention

Can not be optimized.

따라서 수식의 변환이 필요하며, 이러한 수식의 변환을 위하여 기존에 알려진 다음의 순환행렬에 관한 정리를 적용한다.
Therefore, it is necessary to convert the mathematical expressions and apply the theorem about the following known circulant matrices to convert these mathematical expressions.

< 정리 1 > <Theorem 1>

C를

을 첫번째 행으로 가지는 순환 행렬이라고 하면, 이때 C의 고유값들은 다음과 같이 구할 수 있다.
C

Is a circulant matrix having the first row, the eigenvalues of C can be obtained as follows.

< 정리 1 > 에 의해, 순환 행렬의 첫 번째 행만 알게 되면 순환 행렬의 고유값을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
It can be seen from Equation 1 that if only the first row of the circulating matrix is known, the eigenvalues of the circulating matrix can be obtained.

따라서 H_C의 첫 번째 행을 구하게 되면 자연스럽게 D의 대각 원소들을 구할 수 있게 된다.
Therefore, if we obtain the first row of H _C , we can naturally find the diagonal elements of D.

즉,

를 G의 첫 번째 행이라고 하면, 위에서 정의한 G에 근거하여,

는 다음과 같이 표현할 수 있다.
In other words,

Is the first row of G, and based on G defined above,

Can be expressed as follows.

[수학식 9] &Quot; (9) "

따라서 GRF의 첫 번째 행은

로 나타낼 수 있고, H_C는, 도 3에 나타낸 바와 같이, GRF로부터 생성된다.
So the first row of the GRF

And H _C is generated from GRF, as shown in Fig.

즉, 도 3을 참조하면, 도 3은 상기한 바와 같은 과정을 통하여 GRF로부터 H_C가 생성되는 것을 나타내는 도면이다.
That is, referring to FIG. 3, FIG. 3 illustrates generation of H _C from GRF through the process described above.

상기한 바와 같이, OFDM 프로세싱을 통하여 H_C가 생성되므로, H_C의 첫 번째 행은

의 첫 번째 N개의 원소들로 이루어짐을 알 수 있다.
As described above, since H _C is generated through OFDM processing, the first row of H _C

And the first N elements of the first layer.

따라서

를 H_C의 첫 번째 행이라 하면, 다음과 같이 나타낼 수 있다.
therefore

Is the first row of H _C , it can be expressed as follows.

[수학식 10] &Quot; (10) "

이때,

는,

행 벡터로부터 첫 번째 N개의 원소만을 잘라내는 행렬이 된다.
At this time,

Quot;

This matrix is a matrix that truncates only the first N elements from the row vector.

따라서 상기한 <정리 1>에 따라, D의 대각 원소들은 다음과 같이 구해질 수 있다.
Therefore, according to the above theorem 1, diagonal elements of D can be obtained as follows.

[수학식 11] &Quot; (11) "

여기서,

는 크기가 N인 DFT 행렬이다.
here,

Is a DFT matrix of size N. [

따라서 OFDM의 k번째 반송파별로 수신기에서 수신한 신호에 관한 식을 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Therefore, the equation for the signal received at the receiver for each k-th carrier of OFDM can be expressed as follows.

[수학식 12] &Quot; (12) "

여기서,

는

의 k+1번째 행을 나타낸다.
here,

The

(K + 1) < th >

따라서 다음과 같이, [수학식 12]의 전체 수신한 신호에서 신호 부분과 노이즈 부분을 구별해낼 수 있게 된다.
Therefore, it is possible to distinguish the signal portion from the noise portion in the entire received signal of Equation (12) as follows.

[수학식 13] &Quot; (13) "

[수학식 14] &Quot; (14) "

여기서, [수학식 13]은 신호 부분을, [수학식 14]는 노이즈 부분을 나타낸다.
Here, the expression (13) represents the signal portion and the expression (14) represents the noise portion.

상기한 바와 같이, 일반적인 수식인 [수학식 8]에서 순환행렬 정리를 사용하여 [수학식 13] 및 [수학식 14]와 같이 신호부분과 노이즈 부분을 구별해냄으로써, 중계기 필터를 설계할 준비가 갖추어지게 된다.
As described above, it is possible to prepare the repeater filter by designating the signal portion and the noise portion as shown in [Expression 13] and [Expression 14] by using the circulation matrix theorem in the general expression [Expression 8] .

즉, 본 발명에서 첫 번째로 제안하는 설계방법은 송신기(기지국)에서 파워할당을 조절하지 않고 여러 개의 반송파를 같은 파워로 쏘는 경우에 QoS를 최대화하는 설계방법이다.
That is, the first design method of the present invention is a design method for maximizing QoS when a plurality of carriers are shot at the same power without adjusting the power allocation in the transmitter (base station).

이를 위해, 본 발명은, 중계기의 파워 제한조건 하에서 N개의 반송파 중에서 신호대 잡음비가 제일 낮은 반송파의 신호대 잡음비를 최대화하여 수신기에서 전체적인 QoS가 최대화되는 필터링 후 전달 중계기를 설계한다.
To this end, the present invention designs a post-filtering repeater in which the overall QoS of a receiver is maximized by maximizing a signal-to-noise ratio of a carrier having the lowest signal-to-noise ratio among N carriers under a power limiting condition of a repeater.

또한, 이러한 문제는 다음과 같은 수식으로 나타낼 수 있다.
This problem can be expressed by the following equation.

[수학식 15]&Quot; (15) "

여기서,

은, 중계기 필터계수들로 이루어진 열 벡터이다.
here,

Is a column vector of repeater filter coefficients.

상기한 [수학식 15]의 문제를 풀기 위해, 앞에서의 수식들을 이용하여 다시 한번 변환이 필요하다.
In order to solve the above-described problem of Equation (15), it is necessary to perform the conversion once again using the above equations.

먼저, 신호 부분에 해당하는 [수학식 13]을 이용하여 신호의 파워를 계산하면, 다음과 같다.
First, the power of a signal is calculated using Equation (13) corresponding to a signal portion, as follows.

[수학식 16]&Quot; (16) "

상기한 바와 같이, 행렬 변환과 토플리츠 행렬 구조를 이용하여 신호 부분에 대한 최종 수식을 얻을 수 있다.
As described above, the final equation for the signal portion can be obtained using the matrix transformation and the Toeplitz matrix structure.

마찬가지로, 같은 방법을 이용하여 노이즈 부분에 대한 최종 수식을 얻을 수 있으며, 이는 다음과 같다.
Similarly, the final formula for the noise portion can be obtained using the same method, as follows.

[수학식 17] &Quot; (17) "

따라서 [수학식16]과 [수학식17]을 이용하면, k번째 반송파에 대한 신호대 잡음비를 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Therefore, using Equation (16) and Equation (17), the signal-to-noise ratio for the k-th carrier can be expressed as follows.

[수학식 18] &Quot; (18) "

마찬가지로, [수학식 7]을 이용하여, 중계기의 파워를 다음과 같이 수식으로 나타낼 수 있다.
Similarly, by using [Equation 7], the power of the repeater can be expressed by the following equation.

[수학식 19] &Quot; (19) "

따라서 [수학식 18] 과 [수학식 19]를 이용하여 [수학식 15]의 문제를 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.
Therefore, the problem of (15) can be rewritten as follows using Equations (18) and (19).

[수학식 20] &Quot; (20) "

여기서, 상기한 [수학식 20]의 문제는 다시 τ라는 변수를 추가하여 다음과 같이 동치 문제로 변환할 수 있다.
Here, the problem of the above-described expression (20) can be converted into an equivalence problem by adding a variable τ again as follows.

[수학식 21] &Quot; (21) "

그러나 상기한 [수학식 21]의 문제는 볼록(convex) 문제가 아니다. 따라서 본 발명에서는, 최적화 이론을 이용하여 [수학식 21]의 문제를 효율적으로 풀 수 있는 문제의 형태로 변환하였다.
However, the above-described problem of (21) is not a convex problem. Therefore, in the present invention, by using the optimization theory, the problem of (21) is transformed into a problem form which can be solved efficiently.

즉, R:=rr^H라 하고, tr(ABC)=tr(BCA)를 이용하여, 상기한 [수학식 21]의 문제를 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.
That is, R: = ^H rr referred to, and use of tr (ABC) = tr (BCA ), the problem of the above-described [Equation 21] can be rewritten as follows:

[수학식 22] &Quot; (22) "

여기서, [수학식 22]의 문제는 rank(R)=1의 제한조건을 생략한 것이며, 종래에 알려진 기존의 SDR(Semidefinite Relaxation) 이라는 방법에 의해, rank(R)=1 조건이 없을 때, 해당 문제의 최적의 해(global optimum)는 아니지만, 일정 부분에 한해 최적의 해(local optimum)를 얻을 수 있음이 알려져 있으므로, 따라서 rank(R)=1 조건 없이 상기한 [수학식 21]의 문제를 풀 수 있다.
The problem of Equation (22) is that the condition of rank (R) = 1 is omitted, and when there is no condition of rank (R) = 1 by a conventional method known as SDR (Semidefinite Relaxation) It is known that the local optimum can be obtained only for a certain part of the problem but it is not the optimal solution of the problem. Can be solved.

즉, 상기한 [수학식 22]의 문제는 유사 볼록(quasi-convex) 문제이며, 따라서 주어진 τ에 대하여 [수학식 22] 문제는 볼록 문제가 된다.
That is, the problem of Equation (22) above is a quasi-convex problem, and therefore for Equation (22), the problem becomes a convex problem.

이러한 유사 볼록 문제의 경우, 그에 해당하는 존재 가능성(feasibility) 문제를 통해 해를 얻을 수 있음이 알려져 있으며, 존재 가능성 문제는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
In the case of such a convex convex problem, it is known that the problem can be solved through the feasibility problem corresponding thereto. The existence possibility problem can be expressed as follows.

[수학식 23]&Quot; (23) "

여기서, τ²을 [수학식 22] 문제의 최적의 해라고 하면, [수학식 23]의 문제는,

일 경우에는 해가 존재하고,

일 경우에는 해가 존재하지 않는 다.
Here, if τ ² is an optimal solution to the problem of (22), the problem of (23)

If there is a solution,

There is no solution.

따라서 이러한 관계를 이용하여, 다음과 같은 이분법(bisection) 알고리즘으로 [수학식 22] 문제의 해를 구할 수 있게 된다.
Hence, by using this relation, the solution of the problem (22) can be obtained by the following bisection algorithm.

[알고리즘 1] [Algorithm 1]

1.

를 만족하는 적절한 임의의 구간을 선택한다. One.

Is selected.

2. 다음과 같이

로 값을 설정한다. 2. As follows

.

3. [수학식 23]에 대하여 존재 가능성 문제의 해를 구한다. 3. Find the solution of the existence prob- lem for (23).

이때, 해가 존재하면

로 설정하고, 해가 존재하지 않으면

로 설정한다. At this time, if the solution exists

And if the solution does not exist

.

4.

를 만족할 때까지 상기 1 ~ 3 단계를 반복한다.
4.

The above steps 1 to 3 are repeated.

상기한 [알고리즘 1]에서,

는 허용할 수 있는 오차의 한계이다.
In [Algorithm 1] described above,

Is an acceptable margin of error.

상기한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예로서 제시된 송신기(기지국)에서 파워할당을 조절하지 않고 여러 개의 반송파를 같은 파워로 쏘는 경우에 QoS를 최대화하는 설계방법을 이용하여 필터링 후 전달 중계기를 설계함으로써, 종래의 증폭 후 전달 중계기에 비하여 QoS를 최대화할 수 있다.
As described above, in a transmitter (base station) proposed as a first embodiment of the present invention, when a plurality of carriers are shot with the same power without adjusting power allocation, a post-filtering repeater is designed It is possible to maximize the QoS as compared with the conventional post-amplification repeater.

계속해서, 본 발명의 제 2 실시예로서, 송신기의 여러 개의 반송파에 해당하는 파워 할당과 중계기의 설계를 반복적으로 행하여 QoS를 최대화할 수 있도록 설계하는 방법에 대하여 설명한다.
Next, as a second embodiment of the present invention, a method of designing to maximize QoS by repeatedly performing power allocation and repeater design corresponding to a plurality of carriers of a transmitter will be described.

즉, 본 발명의 제 2 실시예는, 송신단에서 여러 개의 반송파에 할당할 수 있는 최대 파워에 관한 제한 조건이 있을 때, 반송파별 파워를 할당하는 문제와 중계기에서 중계기의 파워 제한조건 하에서 N개의 반송파 중에서 신호대 잡음비가 제일 낮은 반송파의 신호대 잡음비를 최대화하여 수신기에서 전체적인 QoS가 최대화되는 필터링 후 전달 중계기 설계 문제를 반복적으로 수행하여 상기한 제 1 실시예에서 제안된 [알고리즘 1] 보다 더 나은 성능을 나타내는 설계방법에 관한 것이다.
That is, according to the second embodiment of the present invention, when there is a limitation condition on the maximum power that can be allocated to a plurality of carriers in a transmitting terminal, there is a problem of allocating power for each carrier and a problem of N carriers To-noise ratio of a carrier having the lowest signal-to-noise ratio is maximized so that the receiver can repeatedly perform the post-filtering transmission repeater design problem in which the overall QoS is maximized, thereby exhibiting better performance than the [Algorithm 1] proposed in the first embodiment Design method.

여기서, 이러한 문제는 다음과 같은 수식으로 나타낼 수 있다.
Here, such a problem can be expressed by the following equation.

[수학식 24] &Quot; (24) "

상기한 [수학식 24]의 문제는 굉장히 복잡한 문제로서, 송신기에서 파워할당에 해당하는

와 중계기의 필터에 해당하는 r을 동시에 설계하는 것은 어렵다.
The problem of Equation (24) described above is a very complicated problem,

It is difficult to simultaneously design r corresponding to the filter of the repeater.

따라서 본 실시예에서는, 최적화 이론의 대체 최적화(alternative optimization)를 이용하여 반복적으로 설계하도록 하였다.
Therefore, in the present embodiment, it is designed to be repeatedly designed using alternative optimization of the optimization theory.

더 상세하게는, 먼저, 송신기에서 임의의 파워 할당으로 신호를 송신하면, 중계기에서는 그 주어진 파워 할당에 대하여 QoS가 최대화되도록 중계기 필터를 설계한다.
More specifically, first, when a transmitter transmits a signal with any power allocation, the repeater designs a repeater filter such that the QoS is maximized for a given power allocation.

여기서, 중계기 필터를 설계하는 단계는, 상기한 [알고리즘 1]을 이용하여 설계하도록 구성될 수 있다.
Here, the step of designing the repeater filter can be designed to be designed using the above-described [Algorithm 1].

이와 같이 하여 중계기 필터가 설계되면, 해당 중계기 필터를 고정시키고, 송신기에서 다시 QoS를 최대화하는 파워 할당을 행한다.
When the repeater filter is designed in this manner, the repeater filter is fixed, and the transmitter performs power allocation to maximize the QoS again.

따라서 이러한 과정을 반복적으로 수행하면, 상기한 [알고리즘 1] 보다 더 높은 성능을 나타내는 송신기 파워 할당과 중계기 필터를 설계할 수 있다.
Therefore, if this process is repeatedly performed, it is possible to design a transmitter power allocation and a repeater filter that exhibits higher performance than the [Algorithm 1] described above.

또한, 반복적인 설계의 수렴성을 보장할 수 있도록, 다음과 같이 제한조건을 추가하여 문제를 다시 쓸 수 있다.
In addition, in order to ensure the convergence of the iterative design, the problem can be rewritten by adding the following constraint.

[수학식 25] &Quot; (25) "

여기서, 상기한 [수학식 25]는, 이전과 마찬가지로, τ라는 변수를 추가하여 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.
Here, the above equation (25) can be rewritten as follows by adding a variable < RTI ID = 0.0 >

[수학식 26] &Quot; (26) "

여기서, 이 문제를 반복적으로 풀기 위해서는, [수학식26]의 문제가 송신기 파워 할당에 해당하는

변수와 중계기 필터에 해당하는 r 변수에 관해 표현이 되어야 한다.
Here, in order to solve this problem repetitively, the problem of Equation (26) corresponds to the transmitter power allocation

It should be expressed about the variable r and the variable corresponding to the repeater filter.

그러나 [수학식 26]의 중계기 파워 제한 조건에 해당하는 식이

에 관해 표현되지 않고

안에 섞여 있는 것을 알 수 있다.
However, the equation corresponding to the repeater power limitation condition in [Equation 26]

Without being expressed about

It is understood that it is mixed in.

따라서 다음과 같이 식의 변환이 필요하다.
Therefore, the conversion of the expression is required as follows.

[수학식 27] &Quot; (27) "

상기한 바와 같이, [수학식 27]의 수식 변환을 통하여, [수학식 26]의 문제는

를 고정시키면 중계기 필터 r에 대한 문제가 되며, 즉, 상기한 바와 같은 [알고리즘 1]에 의해 중계기 필터를 설계할 수 있는 문제가 되고, 다시 r을 고정시키면 송신기 파워 할당

에 관한 문제가 되어, 송신기 파워 할당을 설계할 수 있는 문제가 된다.
As described above, through the mathematical transformation of the expression (27), the problem of the expression (26)

It is a problem that the repeater filter can be designed by the above-described [Algorithm 1], and if r is fixed again, the transmitter power allocation

Which is a problem in designing the transmitter power allocation.

여기서, 송신기 파워 할당에 대한 문제는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Here, the problem of the transmitter power allocation can be expressed as follows.

[수학식 28] &Quot; (28) "

상기한 [수학식 28]의 문제는 기존에 잘 알려진 선형 프로그래밍(Linear programming) 문제로서, 내점 방법으로서 쉽게 해를 구할 수 있다.
The above-described problem of Equation (28) is a linear programming problem well known in the art, and can be easily solved as a point-of-arrival method.

따라서 이러한 과정을 반복적으로 수행함으로써, 송신기의 파워 할당과 중계기 필터 설계가 가능하게 된다.
Therefore, it is possible to allocate the power of the transmitter and design the repeater filter by repeating this process.

즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 필터링 후 중계기 설계방법의 알고리즘은 다음과 같다.
That is, the algorithm of the post-filtering repeater design method according to the second embodiment of the present invention is as follows.

[알고리즘 2] [Algorithm 2]

1. 먼저, N개의 반송파에 대한 파워할당

을 임의로 초기화한다. 1. First, power allocation for N carriers

.

2. 주어진 파워 할당에 대하여, [알고리즘 1]을 이용하여 [수학식 23]의 문제를 풀어 중계기 필터 r을 설계한다. 2. For a given power allocation, the relay filter r is designed by solving the problem of [Equation 23] using [Algorithm 1].

3. 설계된 중계기 필터 r을 고정시키고, [수학식 23]의 문제를 풀어 얻어진 최적의

를 [수학식 28]의 선형 프로그래밍 문제의 τ₀에 대입하여 [수학식 28]의 문제를 풀어 송신기의 파워할당

을 구한다. 3. Fix the designed repeater filter r and solve the problem of (23)

Is substituted into? ₀ of the linear programming problem of Equation (28) to solve the problem of Equation (28) and the power allocation of the transmitter

.

4. [수학식 28]의 문제를 풀어 얻어진

를 다시 [수학식 23]의 τ_L에 대입한다. 4. Solving the problem of (28)

Is substituted into? _L in the equation (23).

5.

를 만족할 때까지 상기 2 ~ 4 단계를 반복한다.
5.

The above steps 2 to 4 are repeated.

상기한 [알고리즘 2]에서,

는 허용할 수 있는 오차의 한계이다.
In the algorithm [2] described above,

Is an acceptable margin of error.

상기한 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 필터링 후 전달 중계기 설계방법에 따르면, 송신기의 여러 개의 반송파에 해당하는 파워 할당과 중계기의 설계를 반복적으로 수행하여 QoS를 최대화함으로써 종래의 증폭 후 전달 중계기에 비하여 QoS를 더욱 최대화할 수 있다.
As described above, according to the post-filtering transmission repeater designing method according to the second embodiment of the present invention, the power allocation corresponding to several carriers of the transmitter and the design of the repeater are repeatedly performed to maximize the QoS, It is possible to further maximize the QoS as compared with the transmission repeater.

계속해서, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법의 의해 구현된 필터링 후 전달 중계기의 성능을 시험한 모의실험 결과에 대하여 설명한다.
Next, with reference to FIG. 4 to FIG. 9, a simulation of the performance of the post-filtering repeater implemented by the post-filtering repeater design method for maximizing the QoS in the OFDM system according to the embodiment of the present invention The experimental results will be described.

즉, 도 4 내지 도 9를 참조하면, 도 4 내지 도 9는 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 설계방법을 이용하여 구현된 필터링 후 전달 중계기의 성능을 시험하기 위한 모의실험 결과를 각각 나타내는 도면이다.
4 to 9, simulation results for testing the performance of the post-filtering repeater implemented using the design method according to the embodiment of the present invention as described above will be described with reference to FIGS. Fig.

따라서 도 4 내지 도 9를 참조하여, OFDM 시스템 환경에서 본 발명의 실시예에 따른 상기한 [알고리즘 1] 과 [알고리즘 2]를 통하여 설계된 필터링 후 전달 중계기의 성능을 분석해보면 다음과 같다.
4 to 9, the performance of the post-filtering repeater designed through the above-described [Algorithm 1] and [Algorithm 2] according to the embodiment of the present invention in an OFDM system environment is analyzed as follows.

먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여, [알고리즘 1]에 대한 성능을 시험하기 위한 모의실험 결과에 대하여 설명한다.
First, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, simulation results for testing the performance of [Algorithm 1] will be described.

즉, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 모의실험 결과를 통해, 필터링 후 전달 중계기의 필터의 차수가 높아질수록 N개의 반송파 중에서 신호대 잡음비가 제일 낮은 반송파의 신호대 잡음비가 상당히 향상되는 것을 볼 수 있다.
4 and FIG. 5, it can be seen that the signal-to-noise ratio of the carrier having the lowest signal-to-noise ratio among the N carriers is significantly improved as the degree of the filter of the transmission repeater after filtering is increased.

여기서 L_r = 1의 경우가 기존 많이 쓰이고 있는 증폭 후 전달 중계기에 해당한다.
Here, the case of L _r = 1 corresponds to a conventional repeater for amplification after being used.

또한, 도 6 내지 도 8은 중계기에 제공된 RD 채널의 채널 분포 정보가

와 같이 그 분산이 1일 경우로 주어졌을 경우에 중계기 필터를 설계하고, 그와 같이 하여 설계된 필터가 실제 채널 분포가 다를 때 얼마나 강인한가를 나타내고 있다.
6 to 8 show channel distribution information of the RD channel provided to the repeater

, The design of the repeater filter is shown when the dispersion is given as 1, and it shows how robust the designed filter is when the actual channel distribution is different.

즉, 도 6 내지 도 8에 나타낸 모의실험 결과를 통하여, 본 발명의 설계방법에 따라 설계된 필터가 충분히 강인함을 알 수 있다.
That is, through the simulation results shown in FIGS. 6 to 8, it can be seen that the filter designed according to the design method of the present invention is sufficiently robust.

다음으로, 도 9를 참조하면, 도 9는 상기한 [알고리즘 2]에 따라 중계기 필터 설계를 했을 때, 중계기 필터 계수에 따라서 [알고리즘 1]보다 얼마나 QoS가 향상되는지를 나타내는 도면이다.
Next, referring to FIG. 9, FIG. 9 is a diagram showing how QoS is improved compared to [Algorithm 1] according to the repeater filter coefficient when the repeater filter design is performed according to the algorithm 2 described above.

즉, 도 9에 나타낸 모의실험 결과로부터, [알고리즘 2]가 [알고리즘 1]보다 훨씬 더 많이 QoS를 향상시킴을 알 수 있다.
That is, from the simulation results shown in FIG. 9, it can be seen that [Algorithm 2] improves QoS much more than [Algorithm 1].

따라서 상기한 바와 같이, 기존의 증폭 후 전달 중계기를 대체하여 본 발명에 따른 설계방법으로 설계된 필터링 후 전달 중계기를 LTE-Advanced의 전송(transparent) 모드 중계기에 사용함으로써, QoS를 최대화하여 셀의 커버리지를 확장하는 데 큰 도움을 줄 수 있다.
As described above, by replacing the existing amplification-and-transmission repeater, a filtering-after-delivery repeater designed in accordance with the present invention is used in a LTE-Advanced transmission mode repeater, thereby maximizing QoS and improving cell coverage It can be a great help in expanding.

아울러, 본 발명에 관련된 보다 상세한 내용은, 본 발명의 발명자가 IEEE Transactions on Wireless Communications에 제출한 논문을 참조할 수 있다("Filter-and-Forward Transparent Relay Design for OFDM Systems", D. Kim, J. Seo and Y. Sung, submitted to IEEE Trans. Wireless Commun. Available at ArXiv. http://arxiv.org/abs/1205.5443, May. 2012. 참조).
Further details related to the present invention can be found in the paper submitted to the IEEE Transactions on Wireless Communications by the present inventors ("Filter-and-Forward Transparent Relay Design for OFDM Systems " , D. Kim, J Seo and Y. Sung, submitted to IEEE Trans. Wireless Commun. Available at ArXiv (http://arxiv.org/abs/1205.5443, May 2012.).

따라서 상기한 바와 같이 하여, 본 발명에 따른 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법을 구현할 수 있으며, 또한, 그러한 방법을 이용하여 중계기를 설계함으로써, 종래에 비하여 QoS를 최대화할 수 있는 증폭 후 전달 중계기를 구현할 수 있다.
Therefore, as described above, it is possible to implement a post-filtering relaying repeater design method for maximizing QoS in the OFDM system according to the present invention. Also, by designing a repeater using such a method, After amplification, a repeater can be implemented.

이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 OFDM 시스템에서 QoS를 최대화하는 필터링 후 전달 중계기 설계방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
While the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the details of the illustrated embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes, modifications, combinations, and substitutions may be made without departing from the scope of the present invention as set forth in the following claims. I will.

Claims

In an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system using a plurality of carriers, when a plurality of the carriers are transmitted at the same power, a filter-and-forward transparent ) In a method of designing a repeater,
Separating the signal portion and the noise portion from the entire received signal;
Determining a signal-to-noise ratio and a power of the repeater by dividing the signal portion and the noise portion by power of each of the separated signal portion and the noise portion; And
And maximizing the QoS of the overall receiver by maximizing a signal-to-noise ratio of a carrier having the lowest signal-to-noise ratio among carriers using the value obtained in the step of obtaining the signal-to-noise ratio and the power of the repeater. Design method.

The method according to claim 1,
Wherein separating the signal portion and the noise portion comprises:
When a signal obtained by performing a normalized DFT on a reception signal for OFDM demodulation at a receiving end is expressed by the following equation,

(Where D is an N × N circulant matrix H _C obtained through OFDM processing, obtained by Eigen decomposition through a normalized DFT matrix and a normalized IDFT, Diagonal matrix,

Is a normalized DFT matrix,

,

being)

Obtaining diagonal elements of the diagonal matrix D according to the following equation; And

(here,

Is a DFT matrix of size N)

And separating the signal portion and the noise portion of the received signal according to the following equation based on the value of the diagonal elements of the diagonal matrix D obtained.

3. The method of claim 2,
Wherein the step of obtaining the signal-to-noise ratio and the power of the repeater comprises:

Obtaining power for the noise portion using the following equation: < EMI ID = 1.0 >

Obtaining a signal-to-noise ratio for a k-th carrier using the following equation: And

And calculating the power of the repeater using the following equation: < EMI ID = 1.0 >

The method of claim 3,
Wherein maximizing the QoS of the receiver comprises:
In order to maximize the signal-to-noise ratio of the carrier having the lowest signal-to-noise ratio among the N carriers, an optimization theory is applied to a mathematical expression for obtaining a signal-to-noise ratio for the k-th carrier and a power for the repeater, To the feasibility problem shown in Fig. And

And a step of finding a solution of the existence possibility problem using a bisection algorithm.

5. The method of claim 4,
Wherein the dichotomy algorithm comprises:

Selecting an interval that satisfies a predetermined condition;

And if the solution does not exist

; And

(here,

And repeating the steps until an acceptable limit of error is satisfied. &Lt; Desc / Clms Page number 13 >

delete

In the OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system using a plurality of carriers, the maximum power that can be allocated to each carrier is limited, and after the filtering to maximize the quality of service (QoS) A method of designing a filter-and-forward transparent repeater,
Power allocation for N carriers

The method comprising:
A second step of designing a repeater such that a QoS is maximized for a signal transmitted with arbitrary power allocation;
A third step of obtaining a power allocation of a transmitter that maximizes QoS by fixing a filter of the repeater designed in the step of designing the repeater;
A fourth step of designing a repeater to maximize the QoS of the signal allocated with the power obtained in the step of obtaining the power allocation of the transmitter; And
And a fifth step of repeating the second to fourth steps until a predetermined error range is satisfied.

8. The method of claim 7,
Wherein the second step and the fourth step design the repeater using the design method of the post-filtering transfer repeater as set forth in any one of claims 1 to 5.

9. The method of claim 8,
Wherein the third step calculates the power allocation of the transmitter using the following equation.

delete