KR101449875B1 - Ofdma 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템 - Google Patents

Ofdma 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템 Download PDF

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KR101449875B1 KR1020130159268A KR20130159268A KR101449875B1 KR 101449875 B1 KR101449875 B1 KR 101449875B1 KR 1020130159268 A KR1020130159268 A KR 1020130159268A KR 20130159268 A KR20130159268 A KR 20130159268A KR 101449875 B1 KR101449875 B1 KR 101449875B1
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김기로
유승준
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Abstract

본 발명은 OFDMA 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 서로 다른 서브채널을 갖는 복수의 단말 및 기지국을 이용한 OFDMA 기반의 협력 통신 방법에 있어서, 제1 전송 시간 동안, 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제1 신호를 상대측 단말로 브로드캐스팅하는 단계, 및 제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상기 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제2 신호를 상기 상대측 단말로 브로드캐스팅하는 동시에, 이전 시간에 상기 상대측 단말로부터 수신한 상대측 제1 신호를 추정한 후 상기 자신의 제1 신호와 결합하여 신호를 재구성한 다음 자신의 서브채널을 이용하여 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 OFDMA 기반의 협력 통신 방법을 제공한다.
상기 OFDMA 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템에 따르면, OFDMA 시스템에서 피드백 정보를 이용하는 SPC 기법을 사용하여 전송 손실이 발생하지 않으면서 기존의 MIMO 시스템과 비슷한 성능을 나타낼 수 있는 이점이 있다.

Description

OFDMA 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템{Cooperative communication method based on OFDMA system and system thereof}
본 발명은 OFDMA 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 OFDMA 시스템에서 전송률의 손실을 줄일 수 있는 OFDMA 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
점차 증가하는 다양한 멀티미디어 전송에 대한 요구를 만족시키기 위하여, 송수신단에 모두 다수 개의 안테나들을 사용하는 다중 안테나 기술은, 추가적인 주파수 할당이나 전력증가 없이도 통신 용량 및 송수신 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
다중 송수신 안테나가 적용된 시공간 다이버시티 기법은 간단한 연산으로 전송 다이버시티 효과를 얻을 수 있어 성능 개선으로 인한 안정성 증가는 가능한 반면, 현재의 시스템 구조를 그대로 사용하지 못하고 다중 안테나를 사용하여야 하므로 추가적인 안테나로 인한 공간 문제, 비용 증가, 하드웨어의 복잡성 등의 문제가 발생한다. 더욱이, 각각의 다중 안테나 간의 충분한 공간이 확보되지 않으면, 시공간 부호의 직교성이 깨지게 되어 원하는 성능을 이끌어 내지 못한다. 따라서, 실제 통신 단말기에 두 개 이상의 안테나를 적용하는 것은 단말의 크기와 비용, 그리고 하드웨어의 복잡성이라는 제약이 따르므로 실질적인 적용이 매우 어렵다.
무선 통신에서 다중 안테나를 사용하지 않고 다이버시티 이득을 얻기 위한 대안으로 협력 통신 기법이 개발되어 왔다. 협력 통신은 단일 안테나를 가진 여러 단말들이 모여 가상의 다중 안테나를 형성하여 다이버시티 이득을 얻는 기법이다. 그런데 대부분의 협력 기법들은 릴레이에 신호를 전송하는 과정에서 딜레이가 발생하게 되어 전송률에 손실이 발생하는 단점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 국내공개특허 제2013-0047306호(2013.05.08)에 개시되어 있다.
본 발명은 OFDMA 시스템에서 전송률의 손실을 줄일 수 있는 OFDMA 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 서로 다른 서브채널을 갖는 복수의 단말 및 기지국을 이용한 OFDMA 기반의 협력 통신 방법에 있어서, 제1 전송 시간 동안, 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제1 신호를 상대측 단말로 브로드캐스팅하는 단계, 및 제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상기 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제2 신호를 상기 상대측 단말로 브로드캐스팅하는 동시에, 이전 시간에 상기 상대측 단말로부터 수신한 상대측 제1 신호를 추정한 후 상기 자신의 제1 신호와 결합하여 신호를 재구성한 다음 자신의 서브채널을 이용하여 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 OFDMA 기반의 협력 통신 방법을 제공한다.
여기서, 상기 제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말 및 제2 단말은 상기 재구성한 신호를 상기 기지국으로부터 기 수신한 피드백 정보를 이용하여 SPC 기법으로 코딩한 후 상기 기지국으로 전송하며, 상기 제1 단말 또는 제2 단말은 상기 피드백 정보를 이용하여 상기 기지국 간의 채널 위상 값을 유지 또는 변경할 수 있다.
또한, 상기 피드백 정보는, 상기 제1 단말과 상기 기지국 간의 제1 채널의 위상과, 상기 제2 단말과 상기 기지국 간의 제2 채널의 위상 사이의 상대적 위상 차로부터 연산될 수 있다.
그리고, 상기 피드백 정보는 1 bit 신호이며, 상기 기지국은, 상기 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00001
범위인 경우, 상기 제1 및 제2 단말이 현재의 채널 위상 값을 유지하도록 하는 제1 피드백 정보를 생성하며, 상기 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00002
범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 180°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제2 피드백 정보를 생성하여 상기 제1 단말 또는 제2 단말로 전달할 수 있다.
또한, 상기 피드백 정보는 2 bit 신호이며, 상기 기지국은, 상기 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00003
범위인 경우, 상기 제1 및 제2 단말이 현재의 채널 위상 값을 유지하도록 하는 제1 피드백 정보를 생성하며, 상기 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00004
범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 -90°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제2 피드백 정보를 생성하며, 상기 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00005
범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 90°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제3 피드백 정보를 생성하며, 상기 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00006
범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 180°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제4 피드백 정보를 생성하여 상기 제1 단말 또는 제2 단말로 전달할 수 있다.
그리고, 본 발명은 서로 다른 서브채널을 갖는 복수의 단말 및 기지국을 이용한 OFDMA 기반의 협력 통신 방법에 있어서, 제1 전송 시간 동안, 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제1 신호를 상대측 단말로 브로드캐스팅하고, 제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상기 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제2 신호를 상기 상대측 단말로 브로드캐스팅하는 동시에, 이전 시간에 상기 상대측 단말로부터 수신한 상대측 제1 신호를 추정한 후 상기 자신의 제1 신호와 결합하여 신호를 재구성한 다음 자신의 서브채널을 이용하여 상기 기지국으로 전송하는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 OFDMA 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템에 따르면, OFDMA 시스템에서 피드백 정보를 이용하는 SPC 기법을 사용하여 전송 손실이 발생하지 않으면서 기존의 MIMO 시스템과 비슷한 성능을 나타낼 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 각 단말이 전송 시간별로 전송하는 신호의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 SPC 기법을 설명하는 개념도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방법과 기존의 다중 안테나 기법 간의 BER 특성을 비교한 것이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 OFDMA 기반의 협력 통신 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 서로 다른 서브채널을 갖는 제1 및 제2 단말, 그리고 기지국을 이용한 협력 통신 방법에 해당된다. 간단하게는 두 명의 사용자가 짝을 이뤄 서로의 정보를 공유하고 목적지로부터 받은 피드백 정보를 통해 신호를 프리 코딩(pre-coding)하여 전송함에 따라 다이버시티 이득을 얻는 방법이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템의 구성도이다. 본 발명의 실시예에 따른 협력 통신 시스템은 제1 단말(110), 제2 단말(120), 그리고 기지국(130)을 포함한다. 여기서 제1 단말(110)과 제2 단말(120)은 사용자 단말로서 각각 i번째 사용자(i-th user)와 j번째 사용자(j-th user)에 해당한다.
도 1에서 Hu (i),u(j) 또는 Hu (j),u(i)는 제1 단말(110)과 제2 단말(120) 사이의 채널 정보, Hu (i),b는 제1 단말(110)과 기지국(130) 사이의 채널 정보, Hu (j),b는 제2 단말(120)과 기지국(130) 사이의 채널 정보를 나타낸다. 각각의 사용자들은 채널 상태가 좋은 사용자를 찾아 다른 사용자와 짝을 이룬다. 도 1의 경우 제1 단말(110)과 제2 단말(120)이 짝을 이룬 예이다.
본 실시예에서 두 단말(110,120)은 서로 상이한 주파수 밴드(서브채널;subcarrier)를 가진다. 도 1에 도시된 실선은 제1 단말(110)이 가진 제1 서브채널(βi)이고, 점선은 제2 단말(120)이 가진 제2 서브채널(βj)를 나타낸다.
여기서 각각의 단말(110,120)은 첫 번째 전송 시간에서는 각각 상대방의 서브채널을 이용하여 자신의 첫 번째 신호를 상대측 단말로 전송한다.
그리고, 두 번째 전송 시간에서는 이전 시간에 상대측 단말로부터 수신한 신호에 대한 추정 신호와 자신의 두 번째 신호를 합하여 자신의 서브채널을 이용하여 기지국(130)으로 전송한다. 두 번째 전송 시간에서는 피드백 정보를 사용하는 공간 위상 부호화 기법(SPC;Spatial Phase Coding)을 적용하여 데이터를 전송한다.
이하에서는 상술한 시스템을 이용한 OFDMA 기반의 협력 통신 방법에 관하여 상세히 설명한다. 도 2는 도 1의 각 단말이 전송 시간별로 전송하는 신호의 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 우선 제1 전송 시간(Time slot 1) 동안, 제1 단말(110) 및 제2 단말(120)은 각각 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제1 신호를 상대측 단말로 브로드캐스팅한다.
즉, 도 2와 같이, 제1 전송 시간(Time slot 1) 동안, 제1 단말(110)(i-th user)은 상대방 주파수 밴드인 제2 서브채널(βj)을 이용하여 자신의 제1 신호 [X(i)(1)]를 제2 단말(120)로 브로드캐스팅한다(도 1의 경우, 제1 단말(110)에서 제2 단말(120)을 향한 점선 화살표에 대응).
또한, 제2 단말(120)(j-th user)은 상대방 주파수 밴드인 제1 서브채널(βi)을 이용하여 자신의 제1 신호 [X(j)(1)]를 제1 단말(110)로 브로드캐스팅한다(도 1의 경우, 제2 단말(120)에서 제1 단말(110)을 향한 실선 화살표에 대응).
이때, 각각의 단말(110,120)이 수신하는 신호는 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112013116490818-pat00007
수학식 1에서, X(m)(l)은 m번째 단말이 l번째 전송한 신호이며(m=i,j), η는 평균이 0이고, 분산이 σ2를 갖는 복소 가우시안 잡음을 나타낸다. R(m)(l)은 m번째 단말이 l번째 수신한 신호이며(m=i,j), 각 단말(110,120)은 수신한 신호를 DF(Decode and Froward) 기법을 사용하여 추정한다.
예를 들어, R(i)(l)은 제1 단말(110)이 제2 단말(120)로부터 수신한 l번째 수신 신호를 나타낸다. 여기서 제2 단말(120)에서 제1 단말(110)을 향한 채널 경로에 따라 채널 정보는 Hu (j),u(i)로 정의된다. 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 또한, X(j)(l)은 제2 단말(120)이 제1 단말(110)로 브로드캐스팅한 l번째 신호를 나타낸다. 여기서, 각각의 단말(110,120)은 신호의 전송 또는 브로드캐스팅 시에 BPSK 변조를 이용할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서 X(m)(l)은 BPSK 변조된 신호를 의미할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 각 단말은 각각의 전송 시간마다 자신의 신호를 순차적으로 상대측 단말로 브로드캐스팅한다. 여기서, 첫 번째 전송 시간(Time slot: 1)에서 각 단말은 상대 단말로의 브로드캐스팅만 수행한다.
반면, 두 번째 전송 시간 이후부터(Time slot: 2 이상부터) 각 단말은 상기 브로드캐스팅 과정과 동시에, 이전 시간에 행해진 송수신 신호들을 재구성한 다음 기지국으로 전송하는 과정을 포함한다. 그 구체적인 방법은 이하의 제2 전송 시간을 예시로 하여 설명한다.
즉, 제2 전송 시간 동안(Time slot: 2), 상기 제1 단말(110) 및 제2 단말(120)은 각각 상기 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제2 신호를 상기 상대측 단말로 브로드캐스팅하는 동시에, 이전 시간에 상기 상대측 단말로부터 수신한 상대측 제1 신호를 추정한 후 상기 자신의 제1 신호와 결합하여 신호를 재구성한 다음 자신의 서브채널을 이용하여 상기 기지국(130)으로 전송한다.
여기서, 신호 전송 원리는 두 단말 모두 동일하므로, 그 구체적인 방법은 제1 단말(110)의 동작을 예시로 하여 설명한다.
도 2와 같이, 제2 전송 시간 동안(Time slot: 2), 제1 단말(110)(i-th user)은 제2 서브채널(βj)을 이용하여 자신의 제2 신호 [X(i)(2)]를 제2 단말(120)로 브로드캐스팅한다.
또한 이와 동시에, 제1 단말(110)(i-th user)은 앞서 제1 전송 시간에 제2 단말(120)로부터 수신한 제1 신호 [X(j)(1)]를 추정한 다음, 추정한 신호 [
Figure 112013116490818-pat00008
]를 자신의 제1 신호 [X(i)(1)]와 결합하여 [
Figure 112013116490818-pat00009
]로 재구성한다. 제1 단말(110)은 이 재구성한 신호 [
Figure 112013116490818-pat00010
]를 자신의 제1 서브채널(βi)을 이용하여 기지국(130)으로 전송한다(도 1의 경우, 제1 단말(110)에서 기지국(130)을 향한 실선 화살표에 대응).
물론, 이러한 제2 전송 시간 동안(Time slot: 2), 제2 단말(120)(j-th user) 또한 제1 서브채널(βi)을 이용하여 자신의 제2 신호 [X(j)(2)]를 제1 단말(110)로 브로드캐스팅한다. 이와 동시에, 제2 단말(120)은 상기 제1 단말(110)에서와 동일한 원리로 신호를 재구성하고 이 재구성한 신호 [
Figure 112013116490818-pat00011
]를 기지국(130)으로 전송한다(도 1의 경우, 제2 단말(120)에서 기지국(130)을 향한 점선 화살표에 대응).
여기서, 본 실시예의 경우, 각 단말(110,120)은 상기 재구성한 신호를 전송 시에 SPC(공간 위상 부호화) 기법을 적용한 후 QPSK 변조하여 기지국(130)으로 전송한다. 이러한 SPC 기법의 경우 기지국(130)으로부터 미리 수신한 피드백 정보를 이용하여 정보를 코딩한다.
상기 기지국(130)은 제1 단말(110)과 기지국(130) 사이의 채널(제1 채널; Hu (i),b), 그리고 제2 단말(120)과 기지국(130) 사이의 채널(제2 채널; Hu (j),b)을 미리 알고 있다. 또한 기지국(130)은 상기 제1 채널(Hu (i),b)의 위상과 제2 채널(Hu (j),b)의 위상 간의 상대적 위상차로부터 상기 피드백 정보를 연산한다. 이 피드백 정보는 제1 단말(110) 또는 제2 단말(120)이 기지국(130)과 형성한 채널의 위상 값을 유지 또는 변경하게 하는 값이다. 물론, 이러한 피드백 정보는 기지국(130)에서 제1 단말(110) 또는 제2 단말(120)로 전송된다.
이상과 같이, 본 실시예에 따르면, 제2 전송 시간 동안, 상기 단말(110,120)은 자신이 재구성한 신호를 상기 피드백 정보를 이용하여 SPC 기법으로 코딩하여 기지국(130)으로 전송한다. 따라서 제1 단말(110) 또는 제2 단말(120)은 상기 피드백 정보를 이용하여 상기 기지국(30) 간의 채널 위상 값을 유지 또는 변경(플립핑;flipping)할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위해 1 bit 피드백 정보를 이용한 SPC 코딩 방법을 예시로 하여 설명한다. SPC 코딩의 상세한 원리는 다음과 같다.
우선, 기지국(130)이 수신한 신호는 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013116490818-pat00012
N은 복소 가우시안 잡음 벡터를 나타내고, Y(l)은 기지국(130)이 l번째 수신한 신호를 나타낸다. 기지국(130)은 첫 번째 신호인 Y(1)을 제2 전송 시간에 처음으로 수신한다. 이는 제1 전송 시간의 경우 각 단말(110,120)이 기지국(130)으로 전송하는 신호가 없기 때문이다.
Pm은 SPC를 위한 프리코딩(pre-coding) 벡터를 나타낸다. 여기서 P1과 P2는 수학식 3으로 나타낼 수 있다. 이러한 수학식 3의 정보는 기지국(130)에서 단말(110,120)로 전송되는 피드백 정보에 대응될 수 있다.
Figure 112013116490818-pat00013
여기서,
Figure 112013116490818-pat00014
는 전송 파워를 정규화(normalization) 하기 위한 값이다.
이러한 수학식 2,3의 예는 제1 단말(110)에는 P1이 적용되고, 제2 단말(120)에는 P2가 적용되는 예이다. 이러한 경우, 제1 단말(110)은 현재의 채널 위상을 지속적으로 유지하면 되고, 제2 단말(120)은 상대적 위상차(α)가 state 1이면 현재 채널(Hu (j),b)의 위상을 유지하고 state 2이면 위상을 180° 반전시킨다.
다시 말해서, 제1 채널(Hu (i),b)과 제2 채널(Hu (j),b) 간의 상대적 위상 차(α)가 state 1인 경우, 제2 단말(120)은 기지국(130)으로 데이터를 전송 시에 현재의 채널(Hu (j),b)의 위상 값을 유지하도록 하는 반면, state 2인 경우에는 현재의 채널(Hu (j),b)의 위상 값을 180° 회전시켜 데이터를 전송하게 된다.
여기서, 본 실시예는 수학식 3의 예로 한정되지 않는다. 즉, 제2 단말(120)이 아닌 제1 단말(110)의 위상을 유지 또는 변경하는 방법으로 구현하여도 상술한 바와 동일한 효과를 볼 수 있다. 이는 수학식 3에서 P1과 P2 값을 서로 바꾸면 된다. 즉, 두 채널 간의 상대적 위상 차(α)가 state 1 또는 2 인지의 여부에 따라, 제1 단말(110)이 기지국(130)과 형성한 채널(Hu (i),b)의 위상을 현재의 위상 값으로 유지하거나 180°변경하여 신호를 전송할 수도 있다.
이와 같이, 상대적 위상 차가 state 2에 해당하는 경우에는 제1 단말(110) 또는 제2 단말(120) 중 어느 한 쪽의 채널 위상 값을 180° 변경하면 된다. 여기서, 180° 대신에 -180°가 적용되어도 동일한 효과를 볼 수 있음은 자명하다.
이하에서는 state 1, 2가 어떠한 경우에 해당되는지를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 적용되는 SPC 기법을 설명하는 개념도이다.
1 bit 피드백 정보를 이용한 SPC 기법의 경우, 도 3의 a)와 b)를 포함한 두 가지 상태(stage1,2)가 사용되며, 2 bit 피드백 정보를 이용한 SPC 기법의 경우, 도 3의 a) 내지 d)를 포함한 네 가지 상태(stage1~4)가 사용된다.
SPC 기법의 원리는 두 송신단으로부터 수신단이 받은 채널의 크기가 각 송신단과 형성한 두 채널의 상대적 위상차에 의해 결정되는 것을 이용한 것이다. X는 단말이 송신한 신호, H는 단말과 기지국 간의 채널, N은 노이즈라고 할 때, 기지국의 수신 신호를 간단히 Y = XH + N으로 표현할 수 있다. 여기서, 좌변과 우변을 각각 H로 나누면, Y/H = X + N/H가 된다. 이로부터 채널 H가 커질수록 노이즈 N 성분이 상쇄되면서 성능이 향상된다. 즉, 본 실시예의 경우 제1 및 제2 채널의 벡터 합이 커지게 하는 방향으로 어느 한 채널의 위상을 변경하면 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2는 각각의 상태 별로, 제1 채널(Hu (i),b)과 제2 채널(Hu (j),b)의 벡터 합(Hn)을 굵은 화살표로 도시한 것이다. 여기서, 도 3에서 제1 및 제2 채널 간의 상대적 위상 차는 αn(이하, α)로 도시하고 있다.
Hu (i),b = c + di, Hu (j),b = a + bi로 표현할 때, 두 채널 간의 상대적 위상차 α는 아래의 수학식 5를 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112013116490818-pat00015
이러한 상대적 위상차가 어떠한 각도 범위에 해당되느냐에 따라 피드백 정보는 달라질 수 있다. 상대적 위상차의 범위에 따른 피드백 정보의 생성 과정은 다음과 같다.
우선, 피드백 정보가 1 bit 신호인 경우에는 도 3의 a), b)의 두 가지 상태를 이용한다. 이때, a)는 상대적 위상차가
Figure 112013116490818-pat00016
인 구간이고, b)는
Figure 112013116490818-pat00017
인 구간으로 가정한다.
여기서, 기지국(130)은 두 채널 간의 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00018
범위이면(state 1), 제1 단말(110) 및 제2 단말(120)이 현재의 채널 위상 값을 유지하도록 하는 제1 피드백 정보(ex, '0')를 생성한다.
또한, 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00019
범위이면(state 2), 제1 단말(110) 또는 제2 단말(120)의 채널 위상 값이 180°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제2 피드백 정보(ex, '1')를 생성한다. 여기서, 180° 대신에 -180°를 적용하여도 동일한 효과를 볼 수 있음은 자명하다.
다음, 피드백 정보가 2 bit 신호인 경우에는 도 3의 a), b), c), d)의 네 가지 상태를 이용한다. 이때, a)는 상대적 위상차가
Figure 112013116490818-pat00020
인 구간이고, b)는
Figure 112013116490818-pat00021
인 구간이고, c)는
Figure 112013116490818-pat00022
인 구간이며, d)는
Figure 112013116490818-pat00023
인 구간인 것으로 가정한다.
여기서, 기지국(130)은 두 채널 간의 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00024
범위인 경우(Stage 1), 제1 단말(110) 및 제2 단말(120)이 현재의 채널 위상 값을 유지하도록 하는 제1 피드백 정보(ex, '00')를 생성한다.
또한, 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00025
범위인 경우(Stage 3), 제1 단말(110) 또는 제2 단말(120)의 채널 위상 값이 90°만큼 플립핑되게 하는 제2 피드백 정보(ex, '01')를 생성한다.
또한, 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00026
범위인 경우(Stsge 4), 제1 단말(110) 또는 제2 단말(120)의 채널 위상 값이 -90°만큼 플립핑되게 하는 제3 피드백 정보(ex, '10')를 생성한다.
마지막으로, 상대적 위상 차가
Figure 112013116490818-pat00027
범위인 경우, 제1 단말(110) 또는 제2 단말(120)의 채널 위상 값이 180°만큼 플립핑되게 하는 제4 피드백 정보(ex, '11')를 생성한다. 여기서, 180° 대신에 -180°를 적용하여도 동일한 효과를 볼 수 있음은 자명하다.
이후, 기지국(130)에서는 수신받은 Y(l) 신호를 이용하여 각 단말(110,120)이 보낸 신호를 추정하게 되는데, 추정된 신호는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013116490818-pat00028
여기서, Hn은 단말들과 기지국(130)의 채널의 중첩된 채널을 나타낸다.
이상과 같은 본 실시예에 따른 기법은 첫 번째 전송 단계를 제외하고는 전송률의 손실이 발생하지 않는다. 따라서 사용자로부터 목적지로의 지속적인 중계 동안 전송률의 손실이 발생하지 않는다고 볼 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방법(Proposed SPC)과 기존의 다중 안테나 기법(CDD, SPC, MRT) 간의 BER 특성을 비교한 것이다.
시뮬레이션을 위해 7-path Rayleigh fading 채널을 사용하였고 FFT size는 512를 사용하고 OFDM 심볼의 가드 인터벌의 길이는 128로 하였다. 콘볼루션 코드는 rate=1/2, 구속장의 길이=7을 사용하였다.
i 번째 사용자와 j 번째 사용자의 채널이 상태가 완벽할 때 이 기법은 기존의 MIMO 시스템과 같은 성능을 갖기 때문에 두 사용자 사이의 채널의 상태는 매우 중요한 요소이다. 그래서 본 실험에서는 사용자 사이의 채널 상태를 나타내는 SNR_D에 따라 시뮬레이션을 수행하였다. 여기서 SNR_D은 사용자 사이의 채널에 대한 SNR과 사용자와 목적지(기지국) 사이 채널에 대한 SNR의 차를 나타낸다.
도 4는 SNR_D=0인 경우이고, 도 5는 SNR_D=5인 경우이다. 도 4 및 도 5로부터 본 발명의 실시예는 SNR_D가 클수록 기존의 SPC 기법과 유사한 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, OFDMA 시스템에서 피드백 정보를 이용하는 SPC 기법을 사용하여 전송 손실이 발생하지 않으면서 기존의 MIMO 시스템과 비슷한 성능을 나타낼 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 제1 단말 120: 제2 단말
130: 기지국

Claims (10)

  1. 서로 다른 서브채널을 갖는 복수의 단말 및 기지국을 이용한 OFDMA 기반의 협력 통신 방법에 있어서,
    제1 전송 시간 동안, 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제1 신호를 상대측 단말로 브로드캐스팅하는 단계; 및
    제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상기 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제2 신호를 상기 상대측 단말로 브로드캐스팅하는 동시에, 이전 시간에 상기 상대측 단말로부터 수신한 상대측 제1 신호를 추정한 후 상기 자신의 제1 신호와 결합하여 신호를 재구성한 다음 자신의 서브채널을 이용하여 상기 기지국으로 전송하는 단계를 포함하는 OFDMA 기반의 협력 통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말 및 제2 단말은 상기 재구성한 신호를 상기 기지국으로부터 기 수신한 피드백 정보를 이용하여 SPC 기법으로 코딩한 후 상기 기지국으로 전송하며,
    상기 제1 단말 또는 제2 단말은 상기 피드백 정보를 이용하여 상기 기지국 간의 채널 위상 값을 유지 또는 변경하는 OFDMA 기반의 협력 통신 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 피드백 정보는,
    상기 제1 단말과 상기 기지국 간의 제1 채널의 위상과, 상기 제2 단말과 상기 기지국 간의 제2 채널의 위상 사이의 상대적 위상 차로부터 연산되는 OFDMA 기반의 협력 통신 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 피드백 정보는 1 bit 신호이며,
    상기 기지국은,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00029
    범위인 경우, 상기 제1 및 제2 단말이 현재의 채널 위상 값을 유지하도록 하는 제1 피드백 정보를 생성하며,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00030
    범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 180°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제2 피드백 정보를 생성하여 상기 제1 단말 또는 제2 단말로 전달하는 OFDMA 기반의 협력 통신 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 피드백 정보는 2 bit 신호이며,
    상기 기지국은,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00031
    범위인 경우, 상기 제1 및 제2 단말이 현재의 채널 위상 값을 유지하도록 하는 제1 피드백 정보를 생성하며,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00032
    범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 -90°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제2 피드백 정보를 생성하며,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00033
    범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 90°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제3 피드백 정보를 생성하며,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00034
    범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 180°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제4 피드백 정보를 생성하여 상기 제1 단말 또는 제2 단말로 전달하는 OFDMA 기반의 협력 통신 방법.
  6. 서로 다른 서브채널을 갖는 복수의 단말 및 기지국을 이용한 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템에 있어서,
    제1 전송 시간 동안, 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제1 신호를 상대측 단말로 브로드캐스팅하고,
    제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말 및 제2 단말은 각각 상기 상대측 서브채널을 이용하여 자신의 제2 신호를 상기 상대측 단말로 브로드캐스팅하는 동시에, 이전 시간에 상기 상대측 단말로부터 수신한 상대측 제1 신호를 추정한 후 상기 자신의 제1 신호와 결합하여 신호를 재구성한 다음 자신의 서브채널을 이용하여 상기 기지국으로 전송하는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말 및 제2 단말은 상기 재구성한 신호를 상기 기지국으로부터 기 수신한 피드백 정보를 이용하여 SPC 기법으로 코딩한 후 상기 기지국으로 전송하며,
    상기 제1 단말 또는 제2 단말은 상기 피드백 정보를 이용하여 상기 기지국 간의 채널 위상 값을 유지 또는 변경하는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 피드백 정보는,
    상기 제1 단말과 상기 기지국 간의 제1 채널의 위상과, 상기 제2 단말과 상기 기지국 간의 제2 채널의 위상 사이의 상대적 위상 차로부터 연산되는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 피드백 정보는 1 bit 신호이며,
    상기 기지국은,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00035
    범위인 경우, 상기 제1 및 제2 단말이 현재의 채널 위상 값을 유지하도록 하는 제1 피드백 정보를 생성하며,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00036
    범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 180°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제2 피드백 정보를 생성하여 상기 제1 단말 또는 제2 단말로 전달하는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 피드백 정보는 2 bit 신호이며,
    상기 기지국은,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00037
    범위인 경우, 상기 제1 및 제2 단말이 현재의 채널 위상 값을 유지하도록 하는 제1 피드백 정보를 생성하며,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00038
    범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 -90°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제2 피드백 정보를 생성하며,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00039
    범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 90°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제3 피드백 정보를 생성하며,
    상기 상대적 위상 차가
    Figure 112013116490818-pat00040
    범위인 경우, 상기 제1 또는 제2 단말의 채널 위상 값이 180°만큼 플립핑(flipping)되게 하는 제4 피드백 정보를 생성하여 상기 제1 단말 또는 제2 단말로 전달하는 OFDMA 기반의 협력 통신 시스템.
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