KR101466754B1 - 중첩 코딩 기법을 이용하는 무선 네트워크 - Google Patents

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Abstract

무선 네트워크에 속하는 복수의 엔티티들은 중첩 코딩 기법을 사용할 수 있다. 특히, 소스 노드들은 중계 노드 및 인접하고 있는 목적 노드들을 위하여 중첩 코딩 기법에 따라 전송 메시지들을 생성할 수 있다. 이 때, 목적 노드들은 소스 노드들로부터 전송 메시지들을 엿들을 수 있다. 또한, 중계 노드는 직접 채널을 통하여 수신된 전송 메시지들을 검출할 수 있고, 검출된 전송 메시지들을 기초로 생성된 중계 메시지를 목적 노드들로 전달할 수 있다. 그리고, 목적 노드들은 엿들은 전송 메시지들을 이용하여 중계 메시지를 검출할 수 있다.
중첩 코딩, 계층 변조, 무선 네트워크, 네트워크 코딩, 시간, 중계, 채널

Description

중첩 코딩 기법을 이용하는 무선 네트워크{WIRELESS NETWORK USING SUPERPOSITION CODING SCHEME}
본 발명의 실시예들은 중첩 코딩 기법을 이용하는 무선 네트워크에 관한 것으로, 특히 중첩 코딩 기법을 사용함으로써 시간 자원을 효율적으로 사용하는 기술에 관한 것이다.
무선 네트워크에 적용되는 다양한 통신 프로토콜들에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 무선 네트워크에 속하는 노드들은 제한된 송신 전력을 가지며, 노드들 사이의 채널들의 상태는 변하므로 무선 네트워크의 성능을 높이는 데에는 어려움이 있다.
최근, 무선 네트워크에 적용될 수 있는 네트워크 코딩 기법에 관한 관심이 증가하고 있다. 네트워크 코딩 기법을 사용하는 무선 네트워크에서, 중계 노드는 적어도 두 개의 노드들에 대응하는 메시지들을 적절히 인코딩하여 네트워크 코딩된 메시지를 생성하고, 네트워크 코딩된 메시지를 상기 적어도 두 개의 노드들로 전달한다. 이 때, 적어도 두 개의 노드들은 네트워크 코딩 메시지를 적절히 디코딩함으로써, 원하는(desired) 메시지들을 추출할 수 있다.
일반적으로, 네트워크 코딩 기법은 무선 네트워크의 성능(throughput)을 높이기 위하여 사용된다. 그러나, 무선 채널들의 상태는 변하므로, 무선 채널들의 상태에 따라 최적화된 네트워크 코딩 기법을 사용하는 것이 필요하며, 중첩 코딩 기법을 무선 네트워크에 적용하는 기술에 대한 연구도 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크의 중계 노드의 동작 방법은 제1 시간 슬롯에서 제1 소스 노드로부터 제1 전송 메시지-상기 제1 전송 메시지는 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 소스 메시지에 포함된 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지를 가지고 중첩 코딩 기법을 이용하여 생성된 것임.-를 수신하는 단계, 제2 시간 슬롯에서 제2 소스 노드로부터 제2 전송 메시지-상기 제2 전송 메시지는 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 소스 메시지에 포함된 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지를 가지고 상기 중첩 코딩 기법을 이용하여 생성된 것임.-를 수신하는 단계 및 제3 시간 슬롯에서 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 목적 노드 및 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 목적 노드로 상기 제1 전송 메시지 및 상기 제2 전송 메시지와 연관된 중계 메시지를 전달하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 네트워크의 중계 노드의 동작 방법은 제1 시간 구간에서 제1 소스 노드로부터 제1 전송 메시지-상기 제1 전송 메시지는 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 소스 메시지에 포함된 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지를 가지고 중첩 코딩 기법을 이용하여 생성된 것임.- 및 제2 소스 노드로부터 제2 전송 메시지-상기 제2 전송 메시지는 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 소스 메시지에 포함된 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지를 가지고 상기 중첩 코딩 기법을 이용하여 생성된 것임.-를 수신 하는 단계, 순차적 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC) 기법을 이용하여 상기 제1 전송 메시지 및 상기 제2 메시지를 검출하는 단계 및 제2 시간 구간에서 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 목적 노드 및 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 목적 노드로 상기 제1 전송 메시지 및 상기 제2 전송 메시지와 연관된 중계 메시지를 전달하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 소스 노드들은 중첩 코딩 기법을 사용함으로써 소스 메시지들을 목적 노드들로 전송하는 데에 필요한 시간 자원을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 중계 노드는 중첩 코딩된 소스 노드들의 전송 메시지들을 적절히 검출함으로써, 효율적으로 소스 메시지들과 관련된 중계 메시지를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 목적 노드들은 소스 노드들의 전송 메시지들을 엿듣는 채널들을 통하여 엿들음으로써, 보다 높은 품질로 소스 메시지들을 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 중계 노드는 소스 노드들이 동시에 전송 메시지들을 전송하는 것을 허용하기 위하여 순차적 간섭 제거 기법을 사용함으로써, 시간 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 소스 노드(S1), 제2 소스 노드(S2), 중계 노드(R), 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)를 포함한다.
여기서, 제1 소스 노드(S1)로부터 중계 노드(R)로의 채널을 h1R, 제2 소스 노드(S2)로부터 중계 노드(R)로의 채널을 h2R, 중계 노드(R)로부터 제1 목적 노드(D1)로의 채널을 hR1, 중계 노드(R)로부터 제2 목적 노드(D2)로의 채널을 hR2라고 한다. 또한, 제1 소스 노드(S1)로부터 제2 목적 노드(D2)로의 채널을 h12, 제2 소스 노드(S2)로부터 제1 목적 노드(D1)로의 채널을 h21이라고 한다. 이 때, h1R, h2R은 직접 채널(direct channel)이라고 부르며, h12 및 h21을 엿듣는 채널(overhearing channel)이라고 부르기로 한다.
또한, 제1 소스 노드(S1)는 제1 목적 노드(D1)와 짝(pair)을 이루며, 제1 소스 노드(S1)가 제1 목적 노드(D1)로 전송하고자 하는 메시지를 제1 소스 메시지(M1)라고 가정한다. 또한, 제2 소스 노드(S2)는 제2 목적 노드(D2)와 짝을 이루며, 제2 소스 노드(S2)가 제2 목적 노드(D2)로 전송하고자 하는 메시지를 제2 소스 메시지(M2)라고 가정한다.
도 2는 무선 네트워크의 시간에 따른 동작들을 설명하기 위한 도면이다.
도 2의 210은 무선 네트워크가 네트워크 코딩 기법을 사용하지 않는 경우, 무선 네트워크의 시간에 따른 동작들을 나타낸다.
무선 네트워크가 네트워크 코딩 기법을 사용하지 않는 경우, 제1 소스 노드(S1)가 제1 소스 메시지(M1)를 제1 목적 노드(D1)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)가 제2 소스 메시지(M2)를 제2 목적 노드(D2)로 전송하기 위해서는 네 개의 시간 구간들이 필요하다.
즉, 제1 소스 노드(S1)는 phase 1에 대응하는 제1 시간 구간(제1 시간 슬롯)에서 중계 노드(R)로 제1 소스 메시지(M1)를 전송한다. 또한, 제2 소스 노드(S2)는 phase 2에 대응하는 제2 시간 구간(제2 시간 슬롯)에서 중계 노드(R)로 제2 소스 메시지(M2)를 전송한다. 이 때, 중계 노드(R)는 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 phase 3 및 phase 4에 대응하는 제3 시간 구간(제3 시간 슬롯) 및 제4 시간 구간(제4 시간 슬롯)에서 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)로 전달한다.
반면에, 도 2의 220은 무선 네트워크가 네트워크 코딩 기법을 사용하는 경우, 무선 네트워크의 시간에 따른 동작들의 일예를 나타낸다. 무선 네트워크가 네트워크 코딩 기법을 사용하는 경우, 제1 소스 노드(S1)가 제1 소스 메시지(M1)를 제1 목적 노드(D1)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)가 제2 소스 메시지(M2)를 제2 목적 노드(D2)로 전송하기 위해서는 3 개의 시간 구간들이 필요하다.
즉, 제1 시간 구간에서, 제1 소스 노드(S1)는 제1 소스 메시지(M1)를 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제1 소스 메시지(M1)는 엿듣는 채널(h12)을 통하여 제2 목적 노드(D2)로 전송되며, 직접 채널(h1R)을 통하여 중계 노드(R)로 전송된다.
또한, 제2 시간 구간에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2 소스 메시지(M2)를 제1 목적 노드(D1) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제2 소스 메시지(M2)는 엿듣는 채널(h21)을 통하여 제2 목적 노드(D1)로 전송되며, 직접 채널(h2R)을 통하여 중계 노드(R)로 전송된다.
이 때, 중계 노드(R)는 제1 시간 구간 및 제2 시간 구간에서 수신된 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 네트워크 코딩 기법에 따라 인코딩한다. 예를 들어, 중계 노드(R)는 XOR 연산을 통하여 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 인코딩하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))를 생성할 수 있다.
또한, 제3 시간 구간에서, 중계 노드(R)는 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))를 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D1)로 전송한다. 이 때, 제1 목적 노드(D1)는 제2 시간 구간에서 엿들은(overheard) 제2 소스 메시지(M2)를 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))로부터 제1 소스 메시지(M1)를 추출한다. 유사하게, 제2 목적 노드(D2)는 제1 시간 구간에서 엿들은(overheard) 제1 소스 메시지(M1)를 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))로부터 제2 소스 메시지(M2)를 추출한다.
다만, 무선 네트워크가 도 2의 220에 도시된 바와 같이 동작하는 경우, 여러 문제들이 발생할 수 있다.
일반적으로, 엿듣는 채널들(h12, h21)의 상태는 직접 채널들(h1R, h2R)의 상태보다 좋지 않다. 따라서, 제1 소스 노드(S1) 및 제2 소스 노드(S2)가 제1 시간 구간 및 제2 시간 구간에서 엿듣는 채널들(h12, h21)을 사용하는 경우, 제1 소스 노드(S1) 및 제2 소스 노드(S2)의 적용 가능한 데이터 전송률은 엿듣는 채널들(h12, h21)의 상태에 의해 제한된다. 예를 들어, 제1 소스 노드(S1)가 제1 시간 구간에서 제1 소스 메시지(M1)를 전송하는 경우, 제1 소스 노드(S1)는 중계 노드(R)에 대해서는 높은 데이터 전송률을 적용할 수 있으나, 제2 목적 노드(R1)에 대해서는 낮은 데이터 전송률을 적용해야 하므로, 제1 소스 노드(S1)의 적용 가능한 데이터 전송률이 감소하는 문제가 발생한다.
또한, 제1 소스 메시지(M1)의 플로우에 대응하는 채널들(h1R, h12)의 상태와 제2 소스 메시지(M2)의 플로우에 대응하는 채널들(h2R, h21)의 상태가 크게 다른 경우, 제1 소스 메시지(M1) 전체와 제2 소스 메시지(M2) 전체에 대해 네트워크 코딩 기법을 적용하는 것은 문제가 있다. 즉, 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M1, M2))의 품질은 제1 소스 메시지(M1)의 플로우에 대응하는 채널들(h1R, h12) 및 제2 소스 메시지(M2)의 플로우에 대응하는 채널들(h2R, h21) 중 나쁜 상태를 갖는 채널들에 의해 결정되기 때문이다.
다만, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2) 각각을 적어도 두 개의 부분 소스 메시지들로 분할함으로써, 엿듣는 채널들(h12, h21)에 대한 의존도를 줄일 수 있다. 예를 들어, h12의 상태가 h1R의 상태보다 크게 나쁜 경우, 제1 소스 노드(S1)는 제1 소스 메시지의 일부를 제2 목적 노드(D2)가 적절히 디코딩을 수행할 수 있도록 낮은 데이터 전송률로 중계 노드(R) 및 제2 목적 노드(D2)로 전송하고, 제1 소스 메시지의 나머지 부분을 높은 데이터 전송률로 중계 노드(R)로만 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)의 플로우들을 위한 시간 구간의 길이를 적절히 조절함으로써, 무선 네트워크의 성능(throughput)을 극대화할 수 있다.
본 발명의 무선 네트워크의 동작에 대해서는 도 3 내지 도 5와 관련하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 세 개의 시간 구간들에서 부분 소스 메시지들을 이용하는 무선 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
제1 소스 노드(S1)의 제1 소스 메시지(M1)는 제1-1 부분 소스 메시지(M11) 및 제1-2 부분 소스 메시지(M12)로 분류되고, 제2 소스 노드(S2)의 제2 소스 메시지(M2)는 제2-1 부분 소스 메시지(M21) 및 제2-2 부분 소스 메시지(M22)로 분류된다.
도 3을 참조하면, phase 1에 대응하는 제1 시간 구간은 두 개의 periods로 구분될 수 있다. 제1 시간 구간의 첫 번째 period에서 제1 소스 노드(S1)는 제1-1 부분 소스 메시지(M11)를 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제1-1 부분 소스 메시지(M11)에 대해 적용되는 데이터 전송률(R11)은 엿듣는 채널(h12)의 상태와 직접 채널(h1R)의 상태에 따라 결정될 수 있다. 일반적으로, 직접 채널(h1R)의 상태가 엿듣는 채널(h12)의 상태보다 좋으므로, 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)가 성공적으로 디코딩을 수행하기 위하여 제1-1 부분 소스 메시지(M11)에 대해 적용되는 데이터 전송률(R11)은 엿듣는 채널(h12)의 상태에 따라 결정된다.
또한, 제1 시간 구간의 두 번째 period에서, 제1 소스 노드(S1)는 제1-2 부분 소스 메시지(M12)를 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제1 소스 노드(S1)는 중계 노드(R)가 성공적으로 디코딩을 수행할 수 있도록 직접 채널(h1R)의 상태를 고려하여 제1-2 부분 소스 메시지(M12)에 대한 데이터 전송률(R12)을 결정할 수 있다. 일반적으로, 엿듣는 채널(h12)의 상태보다 직접 채널(h1R)의 상태가 좋으므로, 데이터 전송률(R12)이 데이터 전송률(R11)보다 높게 결정될 수 있다.
결국, 제1-1 부분 소스 메시지는 제2 목적 노드 및 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 제1 소스 노드에 의해 전송되고, 제1-2 부분 소스 메시지는 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송된다.
또한, phase 2에 대응하는 제2 시간 구간에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2 소스 메시지(M2)의 부분 메시지들(M21, M22)을 전송한다.
제2 시간 구간의 첫 번째 period에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2-1 부분 소스 메시지를 제1 목적 노드(D1) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제2-1 부분 소스 메시지(M21)에 대해 적용되는 데이터 전송률(R21)은 엿듣는 채널(h21)의 상태와 직접 채널(h2R)의 상태에 따라 결정된다.
또한, 제2 시간 구간의 두 번째 period에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2-2 부분 소스 메시지(M22)를 중계 노드(R)로 전송한다. 이 때, 제2 소스 노드(S2)는 중계 직접 채널(h1R)의 상태를 고려하여 제2-2 부분 소스 메시지(M12)에 대한 데이터 전송률(R22)을 결정한다. 일반적으로, 엿듣는 채널(h21)의 상태보다 직접 채널(h2R)의 상태가 좋으므로, 데이터 전송률(R22)이 데이터 전송률(R21)보다 높게 결정될 수 있다.
결국, 제2-1 부분 소스 메시지는 제1 목적 노드 및 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송되고, 제2-2 부분 소스 메시지는 중계 노드가 성공적으로 디코딩할 수 있도록 전송된다.
그리고, 중계 노드(R)는 제1-1 부분 소스 메시지(M11)과 제2-1 부분 소스 메시지(M21)에 대해 네트워크 코딩 기법을 적용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 생성한다.
이 때, 중계 노드(R)는 phase 3에 대응하는 제3 시간 구간의 첫 번째 period에서 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)로 전달한다. 그리고, 중계 노드(R)는 두 번째 period에서 제1 목적 노드(D1)로 제1-2 부분 소스 메시지(M12)를 전달하고, 세 번째 period에서 제2 목적 노드(D2)로 제2-2 부분 소스 메시지(M22)를 전달한다.
제1 목적 노드(D1)는 엿들은 제2-1 부분 소스 메시지(M21)를 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 디코딩하여 제1-1 부분 소스 메시지(M11)를 추출한다. 마찬가지로, 제2 목적 노드(D2)는 엿들은 제1-1 부분 소스 메시지(M11)를 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))로부터 제2-1 부분 소스 메시지(M21)를 추출한다.
결국, 엿듣는 채널들(h12, h21)이 상태가 좋지 않은 경우에도, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 부분 소스 메시지들을 이용함으로써, 엿듣는 채널들(h12, h21)에 대한 의존도를 적절히 제어할 수 있다.
이 때, 본 발명에 따른 무선 네트워크는 후술하는 내용을 통하여 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)가 최대화되도록 제1 시간 구간, 제2 시간 구간 및 제3 시간 구간에 속하는 periods의 길이를 최적화할 수 있다. 여기서, '데이터 전송률의 합(sum data rate)'은 제1 목적 노드(D1)의 데이터 전송률과 특정 가중치를 곱하여 도출된 값과 제2 목적 노드(D2)의 데이터 전송률에 다른 특정 가중치를 곱하여 도출된 값을 더하여 생성된 weighted sum data rate를 포함하는 개념이다. 물론, '데이터 전송률의 합(sum data rate)'은 제1 목적 노드(D1)의 데이터 전송률과 제2 목적 노드(D2)의 데이터 전송률을 단순히 더하여 생성된 값을 포함한다.
여기서, 하기 수학식 1을 가정한다.
Figure 112008076350227-pat00001
여기서,
yR(t): 중계 노드(R)의 수신 신호,
x1(t): 제1 목적 노드(D1)의 전송 신호,
x2(t): 제2 목적 노드(D2)의 전송 신호,
nR, n21, n22, n11, n12: 잡음
y21: 제2 목적 노드(D2)가 x1(t)에 대해 엿들은 수신 신호,
n21: 제2 목적 노드(D2)에서의 잡음
xR: 중계 노드(R)의 전송 신호
y22: xR에 대한 제2 목적 노드(D2)의 수신 신호
y11: 제1 목적 노드(D1)가 x2(t)에 대해 엿들은 수신 신호,
y12: xR에 대한 제1 목적 노드(D1)의 수신 신호
또한, nR, n21, n22, n11, n12의 variance가 모두 1, 모든 채널들이 slow fading channel이고, 채널들 각각에서 적용 가능한 데이터 전송률을 C라고 가정한다. 그리고, i 번째 시간 구간의 j 번째 period의 길이를 tij, tij에서 적용 가능한 데이터 전송률을 Rij라고 할 때, Rij는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, N은 잡음이고, P는 모든 노드들의 송신 파워이다.
Figure 112008076350227-pat00002
이 때, 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)은 하기 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008076350227-pat00003
sum data rate =
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 하기 수학식 3의 sum data rate가 극대화되도록 tij의 길이를 결정할 수 있다. 여기서, 하기 수학식 4와 같은 제한(constraint)이 사용될 수 있다. 여기서, tij의 합은 '1'이 되도록 규준화되었다.
Figure 112008076350227-pat00004
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 상기 수학식 1 내지 수학식 4를 이용하여 sum data rate가 극대화되도록 제1-1 부분 시간 구간(t11), 제1-2 부분 시간 구간(t12), 제2-1 부분 시간 구간(t21), 제2-2 부분 시간 구간(t22), 제3-1 부분 시간 구간(t31), 제3-2 부분 시간 구간(t32)의 길이를 최적화할 수 있다.
다만, 도 3을 참조하면, 제1 소스 노드(S1)이 제1 소스 메시지(M1)을 전송하는 제1 시간 구간에서, 제2 소스 노드(S2)는 제2 소스 메시지(M2)를 전송하지 않음 을 알 수 있다. 만약, 중계 노드(R)가 순차적 간섭 제거 기법(Successive Interference Cancellation, SIC)을 사용할 수 있다면, 제1 소스 노드(S1) 및 제2 소스 노드(S2)는 동시에(simultaneously) 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 전송할 수 있다. 제1 소스 노드(S1) 및 제2 소스 노드(S2)는 동시에(simultaneously) 제1 소스 메시지(M1) 및 제2 소스 메시지(M2)를 전송하는 경우, 시간 구간들의 개수는 세 개에서 두 개로 감소할 수 있다. 이에 대해서는 도 4 내지 도 5와 관련하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 두 개의 시간 구간들에서 부분 소스 메시지들을 이용하는 무선 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 무선 네트워크의 동작과 관련하여 중계 노드의 디코딩 순서에 따른 periods의 길이, 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률 및 제2 소스 메시지에 대한 데이터 전송률을 나타낸 도표이다.
도 4의 하단을 참조하면, 제1 소스 메시지(M1)는 제1-1 부분 소스 메시지(M11) 및 제1-2 부분 소스 메시지(M12)로 분류될 수 있고, 제2 소스 메시지(M2)는 제2-1 부분 소스 메시지(M21) 및 제2-2 부분 소스 메시지(M22)로 분류될 수 있다. 또한, 제1-1 부분 소스 메시지(M11)는 M11-1 및 M11-2로, 제1-2 부분 소스 메시지(M12)는 M12-1 및 M12-2로 분류될 수 있다. 그리고, 제2-1 부분 소스 메시지(M21)는 M21-1 및 M21-2로, 제2-2 부분 소스 메시지(M22)는 M22-1 및 M22-2로 분류될 수 있다.
phase 1에 대응하는 제1 시간 구간의 첫 번째 period에서, 제1 소스 노 드(S1)는 M11-1을 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)로 전송한다. 동시에, 제2 소스 노드(S2)도 M21-1을 제1 목적 노드(D1) 및 중계 노드(R)로 전송한다.
또한, 제1 시간 구간의 두 번째 period에서, 제1 소스 노드(S1)는 M11-2을 제2 목적 노드(D2) 및 중계 노드(R)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)도 M22-1을 중계 노드(R)로 전송한다.
또한, 제1 시간 구간의 세 번째 period에서, 제1 소스 노드(S1)는 M12-1을 중계 노드(R)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)도 M21-2을 제1 목적 노드(D1) 및 중계 노드(R)로 전송한다.
또한, 제1 시간 구간의 네 번째 period에서, 제1 소스 노드(S1)는 M12-2을 중계 노드(R)로 전송하고, 제2 소스 노드(S2)도 M22-2을 중계 노드(R)로 전송한다.
여기서, 중계 노드(R)는 제1 소스 메시지(M1)의 플로우와 제2 소스 메시지(M2)의 플로우를 구별할 수 있는 순차적 간섭 제거 기법을 사용한다고 가정한다.
이 때, 중계 노드(R)는 제1 시간 구간의 첫 번째 period 및 두 번째 period에서 수신된 M11과 첫 번째 period 및 세 번째 period에서 수신된 M21을 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 생성한다.
그리고, 중계 노드(R)는 phase 2에 대응하는 제2 시간 구간의 첫 번째 period에서 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)로 전송한다. 또한, 중계 노드(R)는 제2 시간 구간의 두 번째 period에서 M12를 제1 목적 노드(D1)로 전송하고, 제2 시간 구간의 세 번째 period에서 M22를 제2 목적 노드(D2)로 전송한다.
이 때, 제1 목적 노드(D1)는 제1 시간 구간의 첫 번째 period 및 세 번째 period에서 엿들은 M21을 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))를 디코딩하여 M11을 추출한다. 마찬가지로, 제2 목적 노드(D2)도 제1 시간 구간의 첫 번째 period 및 두 번째 period에서 엿들은 M11을 이용하여 네트워크 코딩된 메시지(XOR(M11, M21))로부터 M21을 추출한다.
결국, 제1 목적 노드(D1)는 성공적으로 M11 및 M12를 추출할 수 있고, 제2 목적 노드(D2) 역시 성공적으로 M21 및 M22를 추출할 수 있다.
다만, 중계 노드(R)가 수신 신호로부터 간섭을 제거하는 순서 또는 디코딩 순서에 따라 periods 각각에서 적용 가능한 데이터 전송률이 달라진다.
예를 들어, 중계 노드(R)가 순차적 간섭 제거 기법에 따라 제1 소스 메시지의 플로우를 먼저 디코딩하는 경우, 제2 소스 메시지의 플로우는 제1 소스 메시지의 플로우에 대해 간섭으로 작용하므로, 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률은 제2 소스 메시지의 플로우로 인한 간섭의 영향을 받는다. 반면에, 중계 노드(R)가 제1 소스 메시지의 플로우를 먼저 디코딩하는 경우, 제1 소스 메시지의 플로우는 수신 신호로부터 제거되므로, 제1 소스 메시지의 플로우는 제2 메시지의 플로우에 대해 간섭으로 작용하지 않는다. 이러한 경우, 제2 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률은 제1 소스 메시지의 플로우의 영향을 받지 않는다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 중계 노드가 제1 소스 메시지의 플로우 및 제2 소스 메시지의 플로우에 대한 디코딩 순서를 고려하여 periods 각각에서 적용 가능한 데이터 전송률을 계산할 수 있다. 게다가, 본 발명 의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 디코딩 순서를 고려하여 계산된 periods 각각에서 적용 가능한 데이터 전송률을 기초로 periods 각각의 길이를 최적화할 수 있다.
도 5를 참조하면, 중계 노드(R)가 순차적 간섭 제거 기법을 이용하여 제1 소스 메시지의 플로우를 제2 소스 메시지의 플로우보다 먼저 디코딩하는 경우, phase 1에 대응하는 제1 시간 구간은 t11, t12, t13, t14와 같은 periods로 표현된다. 반대로, 중계 노드(R)가 제1 소스 메시지의 플로우를 제2 소스 메시지의 플로우보다 나중에 디코딩하는 경우, 제1 시간 구간은 t15, t16, t17, t18와 같은 periods들로 표현된다. 그리고, YR은 제1 시간 구간에서 중계 노드의 수신 신호, Y11은 제1 시간 구간에서 제1 목적 노드의 수신 신호, Y21은 제1 시간 구간에서 제2 목적 노드의 수신 신호이다. 또한, Y12는 제2 시간 구간에서 제1 목적 노드의 수신 신호이며, Y22은 제2 시간 구간에서 제2 목적 노드의 수신 신호이다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 디코딩 순서를 고려하여 8 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18) 각각에서 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률 및 제2 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률을 하기 수학식 5와 같이 계산할 수 있다.
Figure 112008076350227-pat00005
Figure 112008076350227-pat00006
Figure 112008076350227-pat00007
Figure 112008076350227-pat00008
이 때, 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)은 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008076350227-pat00009
sum data rate =
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)이 극대화될 수 있도록 하기 수학식 7을 이용하여 8 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18) 각각의 길이를 결정할 수 있다.
Figure 112008076350227-pat00010
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 디코딩 순서를 고려하여 8 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18) 각각에서의 데이터 전송률을 계산할 수 있고, 계산된 8 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18) 각각에서의 데이터 전송률을 기초로 8 개의 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18) 각각의 길이를 최적화할 수 있다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크는 제1 목적 노드(D1) 및 제2 목적 노드(D2)에 대한 데이터 전송률의 합(sum data rate)이 극대화될 수 있도록 periods(t11, t12, t13, t14, t15, t16, t17, t18) 각각의 길이를 결정할 수 있다.
도 6은 제1 소스 노드 및 중계 노드 사이의 채널 및 제1 소스 노드 및 제2 목적 노드 사이의 채널을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 제1 소스 노드(S1)과 중계 노드(R) 사이에는 채널 h1R이 형성되고, 제1 소스 노드(S1)과 제2 목적 노드(D2) 사이에는 채널 h12이 형성된다. 여기서, 채널 h12을 '엿듣는 채널'이라고 하고, 채널 h1R을 '직접 채널'이라고 한다.
상술한 바와 같이, 일반적으로, '엿듣는 채널'의 상태는 '직접 채널'의 상태보다 좋지 않다. 따라서, 제1 소스 노드가 중계 노드 및 제2 목적 노드에 대해 동시에 심볼들을 전송하는 경우, 중계 노드는 '직접 채널'의 상태가 좋으므로, 작은 심볼 간 최소 거리(minimum symbol distance)를 가지는 심볼들도 잘 검출할 수 있다. 그러나, 제2 목적 노드는 '엿듣는 채널'의 상태가 좋지 않으므로, 작은 심볼 간 거리를 가지는 심볼들을 잘 검출할 수 없다.
이 때, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 소스 노드는 '직접 채널'의 상태 및 '엿듣는 채널'의 상태에 적합하게 중첩 코딩(superposition coding) 기법을 사용할 수 있다. 여기서, 중첩 코딩이란 복수의 데이터 스트림들을 하나의 심볼 스트림으로 다중화(multiplexing)하고 변조(modulating)하는 것을 말하며, '계층 변조(hierarchical modulation, layered modulation)'라고 부르기도 한다.
제1 소스 노드가 전송하고자 하는 제1 소스 메시지(M1)이 제1-1 부분 소스 메시지 M11과 제1-2 부분 소스 메시지 M12로 분류된다고 가정한다. 이 때, 제1 소스 노드는 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지에 대해 중첩 코딩 기법을 적용하여 하나의 제1 전송 메시지를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 소스 노드는 엿듣는 채널에 대응되는 제1-1 부분 소스 메시지를 QPSK의 성상도(constellation)에 따라 변조하고, 직접 채널에 대응되는 제1-2 부분 소스 메시지를 16-QAM의 성상도에 따라 변조하여 제1 전송 메시지를 생성할 수 있다. 이 때, 제2 목적 노드는 엿듣는 채널의 상태가 좋지 않음에도 불구하고, 제1 전송 메시지로부터 상대적으로 큰 심볼 간 최소 거리를 갖는 제1-1 부분 소스 메시지를 추출할 수 있다. 그리고, 중계 노드는 직접 채널의 상태가 좋으므로, 제1 전송 메시지로부터 상대적으로 작은 심볼 간 최소 거리를 갖는 제1-2 부분 소스 메시지를 추출할 수 있다.
도 7은 중첩 코딩 기법을 설명하기 위한 성상도(constellation)이다.
도 7을 참조하면, 4개의 검정색 포인트들은 제1-1 부분 소스 메시지들을 위한 QPSK의 성상도에 따른 심볼들을 나타내며, 16개의 하얀색 포인트들은 제1-2 부분 소스 메시지들을 위한 16-QAM의 성상도에 따른 심볼들을 나타낸다.
4개의 검정색 포인트들로 표현되는 심볼들의 심볼 간 최소 거리(minimum symbol distance)는 d1이고, 16개의 하얀색 포인트들로 표현되는 심볼들의 심볼 간 최소 거리는 d2이다.
제1-1 부분 소스 메시지들이 4 개의 검정색 심볼들로 맵핑되더라도, d1이 d2보다 상대적으로 크므로, 제1-1 부분 소스 메시지들이 4 개의 검정색 심볼들 중 어떤 심볼들로 맵핑되었는지 쉽게 판단될 수 있다. 즉, 맵핑된 심볼들이 전송되는 채널의 상태가 좋지 않더라도 심볼들로부터 제1-1 부분 소스 메시지를 검출하는 것은 문제가 되지 않는다.
다만, 제1-2 부분 소스 메시지들이 16개의 하얀색 심볼들로 맵핑되는 경우, d2가 d1보다 상대적으로 작으므로, 제1-2 부분 소스 메시지들이 16 개의 하얀색 심볼들 중 어떤 심볼들로 맵핑되었는지를 판단하기 위해서는 채널의 상태가 좋아야 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 제1 소스 노드는 제1 소스 메시지를 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지로 분할하고, 엿듣는 채널의 상태 및 직접 채널의 상태를 모두 고려하여 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지에 대해 중첩 코딩 기법을 적용함으로써 제1 전송 메시지를 생성할 수 있다.
이 때, 중계 노드는 좋은 상태의 직접 채널을 갖고 있으므로, 제1 전송 메시지로부터 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지 모두를 검출할 수 있으나, 제2 목적 노드는 상대적으로 좋지 않은 상태의 직접 채널을 갖고 있으므로, 제1 전송 메시지로부터 제1-1 부분 소스 메시지를 검출할 수 있다.
도 8은 시간에 따른 중첩 코딩 기법을 이용하는 무선 네트워크의 동작의 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크에서, Phase 1에에 대응하는 제1 시간 슬롯에서 제1 소스 노드는 중계 노드 및 제2 목적 노드로 제1 전송 메시지(T1=SP(M11, M12))를 전송한다. 이 때, 제1 전송 메시지는 제1-1 부분 소스 메시지 M11과 제1-2 부분 소스 메시지 M12를 중첩 코딩함으로써 생성된다. 여기서, SP(M11, M12)는 M11과 M12를 중첩 코딩함으로써 생성된 제1 전송 메시지 T1을 의미한다.
이 때, 제1 소스 노드 및 제2 목적 노드 사이의 엿듣는 채널의 상태가 좋지 않음에도 불구하고, 제2 목적 노드는 중첩 코딩된 제1 전송 메시지 T1으로부터 제1-1 부분 소스 메시지 M11을 검출할 수 있다. 또한, 제1 소스 노드 및 중계 노드 사이의 채널의 상태는 좋으므로, 중계 노드는 중첩 코딩된 제1 전송 메시지 T1으로부터 제1-1 부분 소스 메시지 M11 및 제1-2 부분 소스 메시지 M12를 검출할 수 있다.
또한, Phase 2에 대응되는 제2 시간 슬롯에서, 제2 소스 노드는 중첩 코딩된 제2 전송 메시지 T2를 중계 노드 및 제1 목적 노드로 전송한다. 여기서, 제2 전송 메시지는 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지를 중첩 코딩함으로써 생성된다.
이 때, 제2 소스 노드 및 제1 목적 노드 사이의 엿듣는 채널의 상태가 좋지 않더라도, 제2 전송 메시지는 제1 목적 노드가 제2 전송 메시지로부터 제2-1 부분 소스 메시지를 적절히 검출할 수 있도록 중첩 코딩된다. 예를 들어, 제2-1 부분 소스 메시지는 QPSK로, 제2-2 부분 소스 메시지는 16-QAM으로 변조된다. 다만, 중계 노드는 중첩 코딩된 제2 전송 메시지로부터 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지 모두를 검출할 수 있다.
또한, Phase 3에 대응하는 제3 시간 슬롯에서, 중계 노드는 제1 목적 노드 및 제2 목적 노드로 제1 전송 메시지 및 제2 전송 메시지와 연관된 중계 메시지를 전달한다. 여기서, 중계 메시지는 다양한 방법들을 통하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 중계 노드는 제1 소스 메시지 및 제2 소스 메시지를 중첩 코딩하거나, 제1-1 부분 소스 메시지, 제1-2 부분 소스 메시지, 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지를 중첩 코딩함으로써 중계 메시지를 생성할 수 있다.
이 때, 제1 목적 노드는 엿들은 제2-1 부분 소스 메시지를 참조하여 중계 메시지로부터 제1 소스 메시지를 검출하고, 제2 목적 노드는 엿들은 제1-1 부분 소스 메시지를 참조하여 중계 메시지로부터 제2 소스 메시지를 검출할 수 있다.
즉, 제1 목적 노드는 엿들은 제2-1 부분 소스 메시지를 이용하여 보다 높은 품질로 제1 소스 메시지를 검출할 수 있다. 예를 들어, 제2 목적 노드는 중계 메시지로부터 제2-1 부분 소스 메시지와 관련된 성분을 제거할 수 있으므로, M11에 대한 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR, Signal to Interference plus Noise Ratio)는 P11/(P12+P21+P22-P21+N)= P11/(P121+P22+N)으로 P21에 의한 간섭이 감소하는 만큼 개선된다. 여기서, P11, P12, P21, P22는 M11, M12, M21, M21의 파워들이고, N은 잡음이다. 마찬가지로, M12에 대한 신호 대 간섭 및 잡음 비도 P21에 의한 간섭이 감소하는 만큼 증가한다. 그리고, 이와 유사하게 제2 목적 노드 역시 엿들은 제1-1 부분 소스 메시지를 참조하여 개선된 품질로 M21 및 M22를 검출할 수 있다.
또한, 제1 시간 슬롯, 제2 시간 슬롯 및 제3 시간 슬롯들의 길이는 데이터 전송률의 합이 극대화되도록 적응적으로 조절될 수 있다. 이에 대해서는 수학식 1 내지 7과 관련하여 위에서 설명한 바 있으므로, 여기서는 생략한다.
도 9는 도 8에 도시된 phase 3의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 네트워크의 중계 노드는 phase 3에 대응하는 제3 시간 슬롯에서 네트워크 코딩 기법을 사용할 수 있다.
즉, 제3 시간 슬롯의 첫 번째 period에서, 중계 노드는 네트워크 코딩 기법에 따라 네트워크 코딩된 메시지 XOR(M11, M21)를 중계 메시지로서 제1 목적 노드 및 제2 목적 노드로 전송한다. 이 때, 제1 목적 노드는 제2-1 부분 소스 메시지 M21을 엿들었으므로, 네트워크 코딩된 메시지 XOR(M11, M21)로부터 제1-1 부분 소스 메시지 M11을 검출할 수 있다. 그리고, 제2 목적 노드는 제1-1 부분 소스 메시지 M11을 엿들었으므로, 네트워크 코딩된 메시지 XOR(M11, M21)로부터 제1-1 부분 소스 메시지 M11을 검출할 수 있다.
또한, 제3 시간 슬롯의 두 번째 period에서, 중계 노드는 제1-2 부분 소스 메시지를 중계 메시지로서 제1 목적 노드로 전달한다. 이 때, 제1 목적 노드는 제3 시간 슬롯의 첫 번째 period에서 추출된 제1-1 부분 소스 메시지 M11과 두 번째 period에서 수신된 제1-2 부분 소스 메시지를 이용하여 제1 소스 메시지 M1을 파악할 수 있다.
또한, 제3 시간 슬롯의 세 번째 period에서, 중계 노드는 제2-2 부분 소스 메시지를 중계 메시지로서 제2 목적 노드로 전달한다. 이 때, 제2 목적 노드는 제3 시간 슬롯의 첫 번째 period에서 추출된 제2-1 부분 소스 메시지 M21과 세 번째 period에서 수신된 제2-2 부분 소스 메시지를 이용하여 제2 소스 메시지 M2를 파악할 수 있다.
도 10은 시간에 따른 중첩 코딩 기법을 이용하는 무선 네트워크의 동작의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크에서, 제1 소스 노드 및 제2 소스 노드는 총 두 개의 시간 슬롯들을 이용하여 제1 목적 노드 및 제2 목적 노드로 소스 메시지들을 전달할 수 있다. 다만, 중계 노드가 순차적 간섭 제거 기법을 적용할 수 있다는 것이 그것의 전제이다.
phase 1에 대응하는 제1 시간 슬롯에서, 제1 소스 노드 및 제2 소스 노드는 동시에 전송 메시지들(T1, T2)를 전송한다. 보다 구체적으로, 제1 소스 노드는 제1-1 부분 소스 메시지 M11 및 제1-2 소스 메시지 M12에 중첩 코딩 기법을 적용하여 제1 전송 메시지 T1을 생성하고, 제2 소스 노드는 제2-1 부분 소스 메시지 M21 및 제2-2 소스 메시지 M22에 중첩 코딩 기법을 적용하여 제2 전송 메시지 T2를 생성한다.
그리고, 제1 소스 노드는 제1 시간 슬롯에서 제1 전송 메시지 T1을 중계 노드 및 제2 목적 노드로 전송하고, 제2 소스 노드는 동일한 제1 시간 슬롯에서 제2 전송 메시지 T1을 중계 노드 및 제1 목적 노드로 전송한다. 이 때, 중계 노드는 제1 전송 메시지 T1 및 제2 전송 메시지 T2에 대해 순차적 간섭 제거 기법을 적용함으로써, 동일한 제1 시간 슬롯에서 수신된 제1 전송 메시지 T1 및 제2 전송 메시지 T2를 구별해 낼 수 있다.
또한, 중계 노드가 순차적 간섭 제거 기법을 이용하여 제1 전송 메시지 T1 및 제2 전송 메시지 T2를 구별해 낸 경우, 중계 노드는 좋은 상태의 직접 채널들을 갖고 있으므로, 제1 전송 메시지 T1 및 제2 전송 메시지 T2로부터 M11, M12, M21, M22를 검출할 수 있다. 다만, 일반적으로, 제2 목적 노드는 좋지 않은 상태의 엿듣는 채널을 갖고 있으므로, 제1 전송 메시지 T1으로부터 M11만을 검출할 수 있고, 제1 목적 노드도 제2 전송 메시지 T2로부터 M22만을 검출할 수 있다.
또한, phase 2에 대응하는 제2 시간 슬롯에서, 중계 노드는 검출된 M11, M12, M21, M22에 중첩 코딩 기법을 적용하여 생성된 중계 메시지 T3를 제1 목적 노드 및 제2 목적 노드로 전송한다.
이 때, 제1 목적 노드는 엿들은 M21을 참조하여 중계 메시지 T3로부터 M11, M12를 검출할 수 있다. 여기서, 제1 목적 노드는 엿들은 M21을 이용함으로써, 보다 높은 품질로(또는 높은 신호 대 간섭 및 잡음 비로) M11, M12를 검출할 수 있다.
또한, 제1 목적 노드와 유사하게, 제2 목적 노드도 M11을 참조하여 중계 메시지 T3로부터 M21, M22를 검출할 수 있다. 여기서, 제2 목적 노드는 엿들은 M11을 이용함으로써, 보다 높은 품질로(또는 높은 신호 대 간섭 및 잡음 비로) M21, M22를 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 중계 노드의 동작 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해 져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선 네트워크를 도시한 도면이다.
도 2는 무선 네트워크의 시간에 따른 동작들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 세 개의 시간 구간들에서 부분 소스 메시지들을 이용하는 무선 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 두 개의 시간 구간들에서 부분 소스 메시지들을 이용하는 무선 네트워크의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 무선 네트워크의 동작과 관련하여 중계 노드의 디코딩 순서에 따른 시간 구간들의 길이, 제1 소스 메시지의 플로우에 대한 데이터 전송률 및 제2 소스 메시지에 대한 데이터 전송률을 나타낸 도표이다.
도 6은 제1 소스 노드 및 중계 노드 사이의 채널 및 제1 소스 노드 및 제2 목적 노드 사이의 채널을 나타낸 도면이다.
도 7은 중첩 코딩 기법을 설명하기 위한 성상도(constellation)이다.
도 8은 시간에 따른 중첩 코딩 기법을 이용하는 무선 네트워크의 동작의 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 phase 3의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 시간에 따른 중첩 코딩 기법을 이용하는 무선 네트워크의 동작의 다른 예를 나타낸 도면이다.

Claims (19)

  1. 제1 시간 슬롯에서 제1 소스 노드로부터 제1 전송 메시지-상기 제1 전송 메시지는 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 소스 메시지에 포함된 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지를 가지고 중첩 코딩 기법을 이용하여 생성된 것임.-를 수신하는 단계;
    제2 시간 슬롯에서 제2 소스 노드로부터 제2 전송 메시지-상기 제2 전송 메시지는 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 소스 메시지에 포함된 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지를 가지고 상기 중첩 코딩 기법을 이용하여 생성된 것임.-를 수신하는 단계; 및
    제3 시간 슬롯에서 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 목적 노드 및 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 목적 노드로 상기 제1 전송 메시지 및 상기 제2 전송 메시지와 연관된 중계 메시지를 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전송 메시지는 상기 중계 노드가 상기 제1 전송 메시지로부터 상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 추출할 수 있고, 상기 제2 목적 노드가 상기 제1 전송 메시지로부터 상기 제1-1 부분 소스 메시지를 추출할 수 있도록 상기 중첩 코딩 기법에 따라 생성된 것을 특징으로 하는 중계 노 드의 동작 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전송 메시지는 상기 제1 소스 노드 및 상기 중계 노드 사이의 채널 또는 상기 제1 소스 노드 및 상기 제2 목적 노드 사이의 채널 중 적어도 하나를 고려하여 생성되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전송 메시지는 상기 중계 노드가 상기 제2 전송 메시지로부터 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 추출할 수 있고, 상기 제1 목적 노드가 상기 제2 전송 메시지로부터 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 추출할 수 있도록 상기 중첩 코딩 기법에 따라 생성된 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 전송 메시지는 상기 제2 소스 노드 및 상기 중계 노드 사이의 채널 또는 상기 제2 소스 노드 및 상기 제1 목적 노드 사이의 채널 중 적어도 하나를 고려하여 생성되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시간 슬롯, 상기 제2 시간 슬롯 및 상기 제3 시간 슬롯의 길이들은 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드에 대한 데이터 전송률들의 합이 극대화되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드 각각은 상기 중계 메시지를 이용하여 상기 제1 소스 메시지 및 상기 제2 소스 메시지 각각을 검출하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중계 메시지를 전달하는 단계는
    상기 제1-1 부분 소스 메시지, 상기 제1-2 부분 소스 메시지, 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 가지고 상기 중첩 코딩 기법을 이용하여 상기 중계 메시지를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 중계 메시지를 전달하는 단계는
    상기 제1 소스 메시지 및 상기 제2 소스 메시지를 가지고 상기 중첩 코딩 기법을 이용하여 상기 중계 메시지를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 중계 메시지를 전달하는 단계는
    상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 기초로 상기 중계 메시지에 포함되는 네트워크 코딩된 메시지를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드는 상기 제1 전송 메시지를 엿들음(overhearing)으로써 상기 제1-1 부분 소스 메시지를 추출하고, 상기 제2 목적 노드는 상기 제2 전송 메시지를 엿들음으로써 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 추출하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  12. 제1 시간 구간에서 제1 소스 노드로부터 제1 전송 메시지-상기 제1 전송 메시지는 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 소스 메시지에 포함된 제1-1 부분 소스 메시지 및 제1-2 부분 소스 메시지를 가지고 중첩 코딩 기법을 이용하여 생성된 것임.- 및 제2 소스 노드로부터 제2 전송 메시지-상기 제2 전송 메시지는 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 소스 메시지에 포함된 제2-1 부분 소스 메시지 및 제2-2 부분 소스 메시지를 가지고 상기 중첩 코딩 기법을 이용하여 생성된 것임.-를 수신 하는 단계;
    순차적 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC) 기법을 이용하여 상기 제1 전송 메시지 및 상기 제2 메시지를 검출하는 단계; 및
    제2 시간 구간에서 상기 제1 소스 노드에 대응하는 제1 목적 노드 및 상기 제2 소스 노드에 대응하는 제2 목적 노드로 상기 제1 전송 메시지 및 상기 제2 전송 메시지와 연관된 중계 메시지를 전달하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 중계 메시지를 전달하는 단계는
    상기 제1 소스 메시지 및 상기 제2 소스 메시지를 가지고 상기 중첩 코딩 기법을 이용하여 상기 중계 메시지를 생성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드는 상기 제1 전송 메시지를 엿들음(overhearing)으로써 상기 제1-1 부분 소스 메시지를 추출하고, 상기 제2 목적 노드는 상기 제2 전송 메시지를 엿들음으로써 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 추출하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드 각각은 상기 중계 메시지를 이용하여 상기 제1 소스 메시지 및 상기 제2 소스 메시지 각각을 검출하는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전송 메시지는 상기 중계 노드가 상기 제1 전송 메시지로부터 상기 제1-1 부분 소스 메시지 및 상기 제1-2 부분 소스 메시지를 추출할 수 있고, 상기 제2 목적 노드가 상기 제1 전송 메시지로부터 상기 제1-1 부분 소스 메시지를 추출할 수 있도록 상기 중첩 코딩 기법에 따라 생성되거나,
    상기 제2 전송 메시지는 상기 중계 노드가 상기 제2 전송 메시지로부터 상기 제2-1 부분 소스 메시지 및 상기 제2-2 부분 소스 메시지를 추출할 수 있고, 상기 제1 목적 노드가 상기 제2 전송 메시지로부터 상기 제2-1 부분 소스 메시지를 추출할 수 있도록 상기 중첩 코딩 기법에 따라 생성된 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전송 메시지 및 상기 제2 전송 메시지를 검출하는 단계는
    미리 정해진 디코딩 순서에 따라 상기 제1 전송 메시지 및 상기 제2 전송 메시지를 검출하는 단계인 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제1 시간 구간 또는 상기 제2 시간 구간의 길이는 상기 제1 목적 노드 및 상기 제2 목적 노드에 대한 데이터 전송률들의 합이 극대화되도록 조절되는 것을 특징으로 하는 중계 노드의 동작 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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