KR101485808B1 - 무선 통신 시스템에서의 중계기를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 방법 및 이를 위한 시스템 - Google Patents

무선 통신 시스템에서의 중계기를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 방법 및 이를 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송을 위한 시스템에 관한 것으로, 이러한 본 발명은, 신호를 전송하는 소스 노드; 상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제1 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제2 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제1 중계 노드; 상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제2 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제1 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제2 중계 노드; 및 상기 제1 및 제2 중계 노드로부터 신호를 수신하는 상기 목적 노드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송을 위한 시스템 및 이를 위한 교대 전송 방법을 제공한다.
nulling, OFDM

Description

무선 통신 시스템에서의 중계기를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 방법 및 이를 위한 시스템{A method for Alternate transmission relaying with interference cancellation in a wireless communication network and a system thereof}
본 발명은 무선 통신 네트워크에서 중계기를 사용한 전송 기법 및 이를 위한 시스템에 관한 것으로, 특히, 중계기를 사용한 전송 기법에서 교대 전송을 통하여 시스템의 용량을 향상하고, 중계기간의 간섭을 제거할 수 있는 중계기를 사용한 무선 통신 시스템에서의 간섭 제거 기반 교대 전송 기법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.
최근의 무선 통신 네트워크, 특히 셀룰라 통신에서는 셀 영역의 확장 및 데이터 전송률 향상을 위하여 중계기(또는 중계 노드)의 사용을 고려하고 있다. 중계기를 고려하는 시스템은 크게 소스(source)노드, 중계(relay) 노드, 그리고 목적(destination) 노드로 구성되는 시스템을 구성한다.
이러한 무선 통신 네트워크에서, 소스 노드와 목적 노드간의 거리가 충분히 멀어서 서로 직접 통신할 수 없다고 가정하면, 소스 및 목적 노드의 중간에 위치한 중계 노드를 활용하여 소스와 목적 노드간의 통신을 할 수 있다.
일반적으로, 위와 같은 시스템에서 소스 노드에서 목적 노드로 데이터를 보내고자 할 때 중계기를 활용하여 두 개의 시간 자원을 사용하여 송신하는 방법을 사용한다.
즉, 첫 번째 시간 자원에서는 소스 노드에서 중계 노드로 신호를 전송하고, 두 번째 시간 자원에서는 중계 노드가 목적 노드로 신호를 전송하는 형태이다. 한편, 이러한 일반적인 무선 통신 네트워크에서 중계 노드를 다수개 사용할 수 있다.
도 1은 이러한 일반적인 중계 노드를 다수개 사용하는 무선 통신 네트워크에서 전송 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 소스 노드(1)는 중계 노드들(2)에 첫 번째 시간 자원(1st time slot)에서 데이터를 전송하고, 중계 노드들(2)은 두 번째 시간 자원(2nd time slot)에서 목적 노드(3)로 데이터를 전송한다. 이와 같이 중계 노드들(2)이 소스(source) 노드(1)로부터 동시에 신호를 받고, 목적 노드(3)로 동시에 신호를 전송하는 방식은 다음의 두 가지 문제점을 갖게 된다. 첫째, 2번의 시간 자원 사용으로 인한 시스템 용량 손실이고, 둘째, 여러 개의 중계 노드를 사용하여 이득을 얻기 위해서는 중계 노드간의 협력(예. 받은 신호를 서로 공유, 선처리기 적용)을 필요로 하게 된다. 그러나 일반적인 무선 통신 환경에서는 중계 노드가 서로 떨어져 있고, 실질적인 협력을 하기 어려운 구조를 갖고 있다. 이와 같은 종래 기술에서는 중계 노드간의 협력 없이 시스템의 성능 향상을 얻기가 어렵다.
따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제를 감안한 본 발명의 목적은, 중계 노드간의 협력을 필요로 하지 않으면서 시스템의 성능을 효과적으로 개선시킬 수 있는 무선 통신 네트워크에서의 중계기를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 기법 및 시스템을 제공하는 데에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송을 위한 시스템은, 신호를 전송하는 소스 노드; 상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제1 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제2 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제1 중계 노드; 상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제2 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제1 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제2 중계 노드; 및 상기 제1 및 제2 중계 노드로부터 신호를 수신하는 상기 목적 노드;를 포함한다.
상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드는 타 노드로부터 간섭 신호를 수신하면, 상기 제1 및 제2 중계 노드간의 널 스페이스(null space)가 존재하는 유효 채널을 추정하고, 상기 간섭 신호를 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드는 상기 제1 및 제2 중계 노드간의 널 스페이스가 존재하는 유효 채널을 추정하고, 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 타 노드로의 간섭 신호를 제거하여 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 중계 노드는 전력 분배 행렬을 산출하여 산출한 전력 분배 행렬을 곱한 신호를 상기 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 노드는 상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드로부터 신호를 수신하면, 수신한 신호보다 이전에 받은 신호를 이용하여 간섭 신호를 추정하고, 추정한 신호를 이용하여 간섭을 제거하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 방법은,
제1 전송 시간에, 제1 중계 노드가 소스 노드로부터 신호를 수신하고, 제2 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 기 수신한 신호를 목적 노드로 전송하는 제1 과정과, 제2 전송 시간에, 제2 중계 노드가 소스 노드로부터 신호를 수신하고, 제1 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 수신한 신호를 목적 노드로 전송하는 제2 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 과정은 상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드가 타 노드로부터 간섭 신호를 수신하면, 상기 제1 및 제2 중계 노드간의 널 스페이스(null space)가 존재하는 유효 채널을 추정하고, 상기 간섭 신호를 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 과정은 상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드는 상기 제1 및 제2 중계 노드간의 널 스페이스가 존재하는 유효 채널을 추정하고, 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 간섭 신호를 제거하여 타 중계 노드로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 및 제2 과정은 상기 제1 및 제2 중계 노드가 전력 분배 행렬을 산출하여 산출한 전력 분배 행렬을 곱한 신호를 상기 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 노드가 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드로부터 신호를 수신하면, 수신한 신호보다 이전에 받은 신호를 이용하여 간섭 신호를 추정하고, 추정한 신호를 이용하여 간섭을 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 소스 노드로부터 수신한 신호를 복수의 중계 노드가 교대로 전송함으로써 중계 노드간의 협력을 필요로 하지 않으면서, 데이터 전송 시간을 단축할 수 있으며, 시스템의 성능을 개선시킬 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명 을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크에 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크는 소스 노드(100), 중계 노드(200), 및 목적 노드(300)로 이루어진다. 이하, 중계 노드를 통칭하는 경우 도면부호 200을 사용하며, 중계 노드는 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)를 포함한다.
여기서, 이러한 무선 통신 네트워크가 셀룰러 기반의 이동통신 시스템인 경우, 소스 노드는 기지국, 각 중계 노드(210, 203)는 중계기, 목적 노드(300)는 단말기가 될 수 있다.
소스 노드(100)와 목적 노드(300)에서는 각각 M개의 송수신 안테나를 갖고 있다고 가정하고, 각 중계기에서는 N개(중계기 1에서는
Figure 112008082366401-pat00001
, 중계기 2에서는
Figure 112008082366401-pat00002
)의 안테나를 갖고 있다고 가정한다.
설명의 편의를 위하여 소스 노드(100)에서 중계 노드(210, 220)간의 채널은 백워드(backward) 채널(
Figure 112008082366401-pat00003
,
Figure 112008082366401-pat00004
), 중계 노드(210, 220)에서 목적 노드(300)간의 채널은 포워드(forward) 채널(
Figure 112008082366401-pat00005
,
Figure 112008082366401-pat00006
)로 구분한다. 또한, 중계 노드는 2개로 가정하며, 중계 노드간(210, 220)의 채널은
Figure 112008082366401-pat00007
,
Figure 112008082366401-pat00008
이다.
앞서 설명한 바와 같이, 일반적인 2 번의 시간 자원 사용하는 전송 기법은 시스템의 용량 저하에 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따르면 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같이 전송하는 기법을 사용한다.
먼저, 소스 노드(100)와 각 중계 노드(210, 220), 각 중계 노드(210, 220)와 목적 노드(300)는 각각 1 홉(1-hop) 거리에 위치한다. 이때, 홀수 번째 전송 시간(Odd time slot)에는 소스 노드(100)와 제2 중계 노드(220)가 전송을 하고, 짝수 번째 전송 시간(Even time slot)에는 소스 노드(100)와 제1 중계 노드(210)가 전송을 한다. 이때, 소스 노드(100)는 각 중계 노드(210, 220)와의 채널을 고려하여 전송을 한다. 즉, 홀수 번째 전송 시간에서는 제1 중계 노드(210)에 대한 채널만을 고려하고, 제2 중계 노드(220)에 대한 채널은 고려하지 않고 통신한다. 또한, 짝수 번째 전송 시간에는 소스 노드(100)는 제2 중계 노드(220)에 대한 채널만을 고려하고, 제1 중계 노드(210)에 대한 채널은 고려하지 않고 통신한다.
각 중계 노드(210, 220)는 목적 노드(300)와의 채널을 고려하여 신호를 전송한다.
이와 같이 소스 노드(100)와 중계 노드들(210, 220)이 교대로 신호를 전송하 게 되면, 소스 노드(100)에서 목적 노드로 데이터를 전송할 때 필요한 시간 자원을 절반으로 줄일 수 있다.
각 노드(100과 200, 200과 300)간의 신호 전송 시간을 T라고 가정하면, 종래 기술은 소스 노드에서 목적 노드까지의 평균 전송 시간이 2T가 된다. 이와 달리 제안된 송신 기법에서는 T의 시간 자원을 필요로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)를 통해서 서로 다른 데이터를 보낼 수 있으므로 총 2
Figure 112008082366401-pat00009
개의 심벌 벡터를 전송한다고 가정할 때, 필요한 총 시간 자원은 (2
Figure 112008082366401-pat00010
+ 1)T가 되고 소스 노드(100)에서 목적 노드(300)까지의 평균 전송 시간은 다음의 <수학식 1>과 같이 구할 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00011
<수학식 1>을 참조하면,
Figure 112008082366401-pat00012
가 커질수록, 즉 여러 번의 전송을 계속 했을 경우 평균 전송 시간이 종래 기술에 비해 절반으로 줄어드는 효과를 얻을 수 있게 된다. 따라서 중계 노드간(210, 220)의 교대 전송을 통하여 시간 자원의 손실을 막을 수 있고 이를 통해 시스템의 용량 개선을 얻을 수 있다. 또한 제1 중계 노드와 제2 중계 노드(210, 220)가 서로 다른 시간 자원을 통해 송신을 하므로 중계 노드(210, 220)간의 협력 없이도 송신이 가능하게 된다.
한편, 이러한 교대 전송을 통한 송신 기법은 시간 자원의 손실을 막을 수 있 지만, 어느 일 중계 노드가 목적 노드로 전송하는 신호는 타 중계 노드에 간섭 신호로 작용하게 된다. 즉, 제1 중계 노드(210)가 목적 노드(300)로 전송할 때, 제2 중계 노드(220)는 소스 노드(100)로부터 신호를 받고 있으므로 제1 중계 노드(210)로부터 전송된 신호는 제2 중계 노드(220)에 간섭 신호로 작용하게 된다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 교대 전송으로 인한 성능 향상을 최대한 얻기 위해서 중계 노드간의 간섭 제거를 수행한다.
본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드간의 간섭 제거 방법은 두 가지가 될 수 있다. 첫째, 목적 노드에서 간섭을 제거하는 방법과 둘째, 중계 노드에서 간섭을 제거하는 방법이 있다. 이러한 간섭 제거를 위하여, 데이터를 송신하는 모든 노드는 채널 정보를 알고 있다고 가정한다. 즉, 소스 노드는 중계 노드와의 채널 정보를 갖고 있으며, 중계 노드는 소스 노드로부터의 채널과 목적 노드까지의 채널 정보를 알고 있다고 가정한다.
본 발명의 실시 예에서 각 노드 간에는 SVD(singular value decomposition) 기반의 선형 처리를 수행한다고 가정한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 다른 중계 노드는 AF(amplify-and-forward) 모드로 동작한다고 가정한다. 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 방법은 DF(decode-and-forward) 모드의 중계기에 동일한 방식으로 적용 가능하다.
임의의 행렬
Figure 112008082366401-pat00013
에 대하여 다음의 <수학식 2>를 사용한다.
Figure 112008082366401-pat00014
<수학식 2>를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 각 노드(특히 중계 노드)의 선처리기는 특정 신호에
Figure 112008082366401-pat00015
를 곱한다. 이러한 과정을 선처리 과정이라 한다. 또한, 후처리기는 특정 신호에
Figure 112008082366401-pat00016
의 허미션(Hermitian), 즉,
Figure 112008082366401-pat00017
을 곱한다. 이러한 과정을 후처리 과정이라 한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 목적 노드(300)에서의 간섭 제거 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 목적 노드에서의 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다.
여기서, 중계 노드(200)는 간섭 제거 없이 신호를 중계하는 역할만을 수행한다. 따라서 도 3에서의 제1 또는 제2 중계 노드(210, 220)가 동일한 동작을 수행한다.
도 3을 참조하면, 소스 노드(100)는 신호를 중계 노드(200)로 전송한다. 그러면, 중계 노드(200)는 S301 단계에서 신호를 수신한다. 중계 노드(200)가 수신한 신호는 다음의 <수학식 3>과 같이 표현된다.
Figure 112008082366401-pat00018
Figure 112008082366401-pat00019
이 때,
Figure 112008082366401-pat00020
는 소스 노드(100)와 중계 노드(k) 사이의 채널이고,
Figure 112008082366401-pat00021
는 소스 노드(100)에서 선처리기가 적용된 송신 신호이다.
Figure 112008082366401-pat00022
는 중계기
Figure 112008082366401-pat00023
로부터 중계노드
Figure 112008082366401-pat00024
로의 채널이고 (
Figure 112008082366401-pat00025
),
Figure 112008082366401-pat00026
는 중계 노드
Figure 112008082366401-pat00027
에서의 송신 신호이다.
그러면, 중계 노드(200)는 S303 단계에서 수신한 신호에 백워드 채널의 후처리기 행렬(
Figure 112008082366401-pat00028
)을 곱한다. 앞서 설명한 바와 같이, 중계 노드(200)는 소스 노드(100)와 중계 노드간의 채널인 백워드(backward) 채널을 알고 있다고 가정한다. 수신 신호인 <수학식 3>에 대하여 후처리기를 적용하여 다음과 같은 <수학식 4>를 얻을 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00029
그런 다음, 중계 노드(200)는 S305 단계에서 포워드(forward) 채널의 선처리기 행렬(
Figure 112008082366401-pat00030
)과, 송신 전력 상수를 곱한다. 그러면, 중계 노드
Figure 112008082366401-pat00031
에서의 전송 신호는 다음의 <수학식 5>과 같이 표현된다.
Figure 112008082366401-pat00032
<수학식 5>에서,
Figure 112008082366401-pat00033
는 중계 노드에서 송신 전력을 만족시키기 위한 상수이 다.
이와 같이, 목적 노드(300)에서의 간섭 제거 기법은 각 중계 노드에서 간섭 제거를 수행하지 않고, 간섭 신호를 포함한 신호를 목적 노드(300)로 전송하게 된다.
상술한 바와 같이, 중계 노드(200)가 <수학식 5>와 같은 신호를 전송하면, 목적 노드(300)는 이러한 신호를 수신하여 후처리기를 적용한다. 이와 같이, 목적 노드(300)에서 받은 신호에 후처리기를 적용한 신호는 다음의 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00034
목적 노드(300)에서 받은 신호는 간섭 신호 성분을 포함하고 있으므로 간섭 신호 성분을 추정하여 제거해야 한다.
따라서 목적 노드(300)는 S307 단계에서 간섭 신호를 추정하여 제거한다. 목적 노드(300)에서 받은 신호의 간섭 성분은 전에 목적 노드(300)에서 받은 신호가 되므로, 이를 이용하여 간섭 신호를 추정할 수 있다. 이전 받은 신호는 다음의 <수학식 7>과 같이 표현된다.
Figure 112008082366401-pat00035
<수학식 7>로부터 간섭 신호 성분을 다음의 <수학식 8>과 같이 추정할 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00036
여기서, 이 때,
Figure 112008082366401-pat00037
는
Figure 112008082366401-pat00038
의 슈도-인버스(pseudo-inverse)를 나타낸다. 이와 같이, 추정된 간섭 신호 성분을 받은 신호에서 빼주면 다음의 <수학식 9>와 같은 간섭 제거가 이루어진 신호를 얻을 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00039
여기까지, 목적 노드(300)에서 간섭 제거 방법에 대해서 설명하였다. 다음으로, 중계 노드에서 간섭 제거 방법에 대해서 설명하기로 한다.
중계 노드에서 간섭 제거 기법은 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째, 중계기에서의 송신 신호가 다른 중계기에 영향을 주지 않도록 선처리기를 적용하는 기법이고, 다른 중계기로부터 받은 간섭 신호에 후처리기를 적용하여 제거하는 기법이 있다.
전자를 송신 널링(Tx-nulling) 기법, 후자를 수신 널링(Rx-nulling) 기법이 라고 칭하기로 한다. 기본적으로 중계기에서는 간섭 신호를 줄이는 것이 아니라 완전히 제거하는 것을 목표로 한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법에 대해서 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드에서의 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 중계 노드에서의 송신 신호가 다른 중계 노드의 영향을 받지 않도록 하려면(간섭 신호가 "0"이 되게 하려면) 송신 신호를 중계 노드간의 채널 행렬의 널 스페이스(null space)에 투영(projection)시켜야 한다. 그러나 각 중계 노드가 동일한 수의 안테나를 사용하고 있을 때에는 중계 노드간의 채널 행렬이 정방 행렬(square matrix)이 되므로 널 스페이스(null space)가 존재하지 않게 된다.
따라서 본 발명의 실시 예에서는 중계기간의 채널의 널 스페이스(null space)가 존재하도록 변형시켜 주어야 한다.
이에 따라 중계 노드는 S401 단계에서 소스 노드(100)로부터 신호를 수신하면, S403 단계에서 유효 채널을 추정한다. <수학식 4>에서 설명한 바와 같이, 각 중계 노드는 수신 신호에 대하여 후처리기를 적용하고, 다음의 <수학식 10>에 따라 널 스페이스(null space)가 존재하는 중계 노드간의 유효 채널(
Figure 112008082366401-pat00040
)을 추정할 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00041
따라서 각 중계기의 송신 신호에 다음과 같은 간섭 제거 행렬을 곱해주면 이 신호가 중계기간의 유효 채널의 널 스페이스(null space)에 투영되므로 다른 중계기에서 간섭 신호를 전혀 받지 않게 된다.
따라서 중계 노드는 S405 단계에서 다음의 <수학식 11>을 통해 간섭 제거 행렬을 산출한다.
Figure 112008082366401-pat00042
이어서, 중계 노드는 S407 단계에서 백워드 채널의 후처리기 행렬을 곱하고, S409 단계에서 산출된 간섭 제거 행렬을 곱한다. 이어서, 중계 노드는 S411 단계에서 유효 채널의 선처리기 행렬을 곱하며, S413 단계에서 송신 전력 상수를 순차로 곱하여 목적 노드(300)로 전송한다. 이러한 중계 노드에서의 송신 신호는 다음의 <수학식 12>와 같다.
Figure 112008082366401-pat00043
이 때, 중계 노드에서 목적 노드(300) 사이의 채널이
Figure 112008082366401-pat00044
로 변형되므로 원래 주어진 포워드 채널의 이득보다 적은 채널 이득을 얻게 된다.
송신 널링 기법에 이어서, 본 발명의 실시 예에 따른 수신 널링 기법에 대해 서 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드에서의 수신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다.
수신 널링 기법은 송신 널링 기법과 동일한 원리로 간섭 제거를 수행한다. 즉, 중계 노드는 소스 노드(100)로부터의 수신 신호에 대하여 간섭 제거 행렬을 곱하여 간섭을 제거한다. 이때, 간섭 제거 행렬은 다음의 <수학식 13>에 따라 얻을 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00045
또한, 중계 노드간의 유효 채널은 다음의 <수학식 14>에 따라 구해진다.
Figure 112008082366401-pat00046
도 4를 참조하면, 중계 노드는 S501 단계에서 중계기간의 유효 채널을 <수학식 11> 또는 <수학식 14>에 따라 추정하고, S503 단계에서 <수학식 13>에 따라 간섭 제거 행렬을 산출한다.
이어서, 중계 노드는 S505 단계에서 산출된 간섭 제거 행렬을 곱하고, S507 단계에서 유효 백워드 채널의 후처리기 행렬을 곱하고, S509 단계에서 포워드 채널의 선처리기 행렬을 곱하며, S511 단계에서 송신 전력 상수를 순차로 곱하여 목적 노드(300)로 전송한다.
수신 널링 기법을 사용하는 경우, 송신 널링 기법과 반대로 소스 노드(100)에서 중계 노드간의 채널이
Figure 112008082366401-pat00047
로 변형되므로 백워드 채널에서 손실이 발생할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제안된 SVD 기반의 신호 처리 기법을 적용하면 각 중계 노드에서는 유효 채널을 대각 행렬(diagonal matrix) 형태로 얻을 수 있다. 이와 같이 유효 채널이 대각화(diagonalization)되면 여러 개의 데이터를 계층별로 분리할 수 있고, 이에 따른 각 계층별 송신 전력 분배를 용이하게 할 수 있다. 이때, 송신 전력 분배 행렬 또한 대각 행렬 형태로 구할 수 있다. 그러면, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 전력 분배 기법에 대해서 설명하기로 한다.
송신 널링 기법의 경우, 각 중계 노드에서의 신호 처리는 다음의 <수학식 15>와 같은 행렬 형태로 구할 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00048
또한, 목적 노드(300)가 수신한 신호는 다음의 <수학식 16>과 같이 구할 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00049
Figure 112008082366401-pat00050
이때, 중계기 k를 통해 전송할 수 있는 용량식은 다음의 <수학식 17>과 같다.
Figure 112008082366401-pat00051
<수학식 17>을 살펴보면, 모든 행렬이 대각 행렬로 이루어지므로, 다음의 <수학식 18>과 같은 형태로 바꾸어 나타낼 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00052
또한, 각 중계 노드의 용량을 최대화 할 수 있는 송신 전력 분배 행렬을 찾는 방법은 다음의 <수학식 19>와 같은 최적화 문제로 표현될 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00053
<수학식 19>는 컨벡스(convex) 최적화 문제로써, 간단한 미분 등을 통하여 최적의 해를 쉽게 얻을 수 있다. 위의 문제에 대한 해는 다음의 <수학식 20>과 같이 얻어진다.
Figure 112008082366401-pat00054
<수학식 20>의 해를 얻기 위해 라그랑지 계수 (Lagrange multiplier)
Figure 112008082366401-pat00055
를 찾아야 한다. 이러한 라그랑지 계수를 찾기 위하여 다음의 <수학식 20a>와 같은 함수를 이용한다.
Figure 112008082366401-pat00056
라그랑지 계수를 찾기 위하여 라그랑지 계수를
Figure 112008082366401-pat00057
로 치환하고, <수학식 20a>과 같은 함수(
Figure 112008082366401-pat00058
)를 중계 노드에서 각 데이터 계층별 송신 전력의 합으로 나타내면, 함수(
Figure 112008082366401-pat00059
)는
Figure 112008082366401-pat00060
값에 따라서 변화하게 되고, 이 값이 중계 노드에서의 송신 전력(
Figure 112008082366401-pat00061
)과 같아지는 라그랑지 계수(
Figure 112008082366401-pat00062
)를 찾으면, <수학식 20>에서 주어진 해를 얻을 수 있게 된다. 중계 노드에서의 송신 전력(
Figure 112008082366401-pat00063
)을 만족하는 라그랑지 계수를 찾기 위하여 황금 분할 검색(golden section search) 방법을 사용한다. 이 때 목적 함수와
Figure 112008082366401-pat00064
값의 범위는 다음의 <수학식 21>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00065
--------- (식 1)
Figure 112008082366401-pat00066
----------------------- (식 2)
<수학식 21>을 살펴보면,
Figure 112008082366401-pat00067
은
Figure 112008082366401-pat00068
번째 계층의 송신 전력이
Figure 112008082366401-pat00069
일 때의 라그랑지 계수의 값이다(식 2). 최적의 라그랑지 계수의 값은 항상 <수학식 21>의 최소값과 최대값 사이에 존재하므로, 제안된 방법을 사용하면 몇 번의 반복 과정을 통해 최적의 값을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같은 방법을 이용하여, 송신 전력 분배 행렬을 산출할 수 있다. 그러면, 이러한 송신 전력 분배 기법을 적용한 중계 노드의 신호 전송 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드의 송신 전력 분배 기법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 중계 노드는 S601 단계에서 황금 분할 검색(golden section search) 방법을 통해 최적의 라그랑지 계수(
Figure 112008082366401-pat00070
)를 산출한다. 즉, <수학식 21>에 따라 라그랑지 계수(
Figure 112008082366401-pat00071
)를 산출한다.
그런 다음, 중계 노드는 S603 단계에서 송신 전력 분배 행렬을 산출한다. 이 때, 송신 전력 분배 행렬은 산출된 라그랑지 계수(
Figure 112008082366401-pat00072
)를 이용하여, <수학식 19> 또는 <수학식 20>의 해를 구하는 것이다.
그런 다음, 중계 노드는 S605 단계에서 소스 노드(100)로부터 수신한 신호에 송신 전력 분배 행렬을 곱해서 목적 노드(300)로 전송한다.
이상으로, 간섭 제거 기법 및 송신 전력 분배 기법에 대해서 살펴보았다.
상술한 실시 예에서는 모든 중계 노드가 목적 노드(300)의 1 홉(hop)거리에 위치한 경우에 대해서 살펴보았다. 이어서, 멀티 홉에서의 중계 노드를 사용하는 무선 통신 네트워크에 대해서 살펴보기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 토폴로지는 순차로, 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 제2 중계 노드(220) 및 목적 노드(300)를 포함하여 이루어진다. 각 노드는 1 홉 전송 범위에 있다. 즉, 앞선 실시 예와 달리, 제1 중계 노드(210)는 제2 중계 노드(220)를 통해 목적 노드(300)에 신호를 전송한다. 여기서, 앞선 실시 예와 마찬가지로, 소스 노드(100)는 기지국, 각 중계 노드는 중계기, 목적 노드(300)는 단말이 될 수 있다. 또한, 여기서 중계 노드를 2개를 가정하여 설명하지만, 중계 노드는 다수개가 될 수 있다.
이러한 시스템에서 중계 노드들은 그 위치에 따라 전송 시간을 홀수 홉(odd-hop) 과 짝수 홉(even-hop)으로 나누고 홀수 및 짝수 홉(odd-hop, even-hop)에 따라 그룹별로 교대로 전송한다.
제1 중계 노드(210)와 같은, 홀수 홉(odd-hop) 중계 노드들이 전송할 때는 제2 중계 노드(220)와 같은 짝수 홉(even-hop) 중계 노드들이 수신을 하고, 짝수 홉(even-hop) 중계 노드들이 전송할 때는 홀수 홉(odd-hop) 중계 노드들이 수신을 하는 방식이다. 이와 같은 전송 방식에서도 중계기간의 간섭 문제가 발생할 수 있다.
목적 노드(300)는 소스 노드(100)로부터 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)를 통해 데이터를 수신한다.
짝수 홉이 전송하는 시간 영역에서는, 소스 노드(100)과 제2 중계 노드(220)가 동시에 전송하고, 제1 중계 노드(210)는 소스 노드(100)으로부터 신호를 수신함과 동시에 제2 중계 노드(220)로부터 간섭 신호를 수신한다. 반면, 홀수 홉이 전송하는 시간 영역에서는 제1 중계 노드(210)가 제2 중계 노드(220)로 신호를 전송한다.
짝수 홉 전송 시간 영역에서 제1 중계 노드(210)는 제2 중계 노드(220)로부터 간섭 신호를 받게 되므로, 제2 중계 노드(220)가 수신 널링 기법을 적용하여 간섭을 제거하거나, 또는, 제1 중계 노드(210)가 송신 널링 기법을 적용하여 간섭을 제거할 수 있다.
송신 널링 기법은 제2 중계 노드(220)에서 목적 노드(300)로 전송하는 신호에 간섭 제거 행렬을 곱해 간섭 신호가 제1 중계 노드(210)에 영향을 주지 않도록 하는 것이고, 수신 널링 기법은 제1 중계 노드(210)가 제2 중계 노드(220)로부터 수신한 간섭 신호에 대해서 간섭 제거 행렬을 곱해 받은 신호에 포함된 간섭 신호 성분을 제거하는 방법이다. 직교 투영(orthogonal projection)을 사용하여 간섭 신호를 제거하는 방법은 안테나 수가 추가적으로 필요한 단점은 있으나, 간섭 신호를 완전히 제거함으로써 시스템의 동작을 간편화 할 수 있다.
그러면, 제2 중계 노드(220)에서 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 제2 중계 노드(220)는 S801 단계에서 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 채널을 추정한다.
그런 다음, 제2 중계 노드(220)는 S803 단계에서 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 추정된 채널을 기반으로 간섭 제거 행렬을 산출한다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 중계 노드에서의 송신 신호가 다른 중계 노드의 영향을 받지 않도록 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 채널 행렬의 널 스페이스(null space)에 투영(projection)시킬 수 있는 행렬을 산출한다.
그런 다음, 제2 중계 노드(220)는 S805 단계에서 산출된 간섭 제거 행렬을 곱하여 목적 노드(300)로 신호를 전송한다. 이때, 목적 노드(300)에 전송되는 신호는 제1 중계 노드(210)에게도 전송된다. 이때, 간섭 제거 행렬을 곱하여 전송되는 신호는 널 스페이스(null space)에 투영(projection)되므로, 제1 중계 노드(210)에 간섭으로 작용하지 않는다.
그러면, 제1 중계 노드(210)에서 수신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법을 이용 한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1 중계 노드(210)는 S901 단계에서 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 채널을 추정한다.
그런 다음, 제1 중계 노드(210)는 S903 단계에서 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 추정된 채널을 기반으로 간섭 제거 행렬을 산출한다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 중계 노드에서의 송신 신호가 다른 중계 노드의 영향을 받지 않도록 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 채널 행렬의 널 스페이스(null space)에 투영(projection)시킬 수 있는 행렬을 산출한다.
그런 다음, 제1 중계 노드(210)는 S905 단계에서 제2 중계 노드(220)로부터 수신한 간섭 신호에 산출된 간섭 제거 행렬을 곱하여 간섭을 제거한다. 즉, 앞선 도 8에서 설명한 간섭 제거에 반하여, 제2 중계 노드(220)는 간섭을 제거하지 않은 신호를 제1 중계 노드(210)에 전송하더라도, 제1 중계 노드(210)가 간섭 제거 행렬을 곱하여 수신하는 경우, 수신되는 신호는 널 스페이스(null space)에 투영(projection)되므로, 제1 중계 노드(210)에 간섭으로 작용하지 않는다.
한편, 상술한 도 7과 같은 무선 통신 네트워크에서 목적 노드(300, 단말)이 소스 노드(100, 기지국)으로부터 신호를 수신하려면, 3 번의 시간 자원이 필요하게 되고, 이러한 시스템의 용량은 다음의 <수학식 22>와 같이 얻어질 수 있다.
Figure 112008082366401-pat00073
<수학식 22>에서,
Figure 112008082366401-pat00074
은 소스 노드(100)와 제1 중계 노드(210)간의 용량,
Figure 112008082366401-pat00075
는 제1 중계 노드(210)와 제2 중계 노드(220)간의 용량, 및
Figure 112008082366401-pat00076
는 제2 중계 노드(220)와 목적 노드(300)간의 용량을 나타낸다. <수학식 22>에서 보여진 바와 같이, 시스템의 이론적인 최대 용량(upper bound)은 소스 노드(100)와 제1 중계 노드(210) 사이의 용량(
Figure 112008082366401-pat00077
)에 의해서 결정됨을 알 수 있다.
즉, 소스 노드(100)와 제1 중계 노드(210) 사이의 통신이 가장 중요하고, 두 노드(100, 210) 사이의 데이터 손실이 있을 경우 전체 시스템의 성능 저하로 이어질 수 있음을 알 수 있다. 따라서 제2 중계 노드(220)에서의 간섭 신호를 제대로 처리해 주지 않는다면 성능 저하를 불러오게 된다. 전체 시스템의 용량이 3개의 용량
Figure 112008082366401-pat00078
,
Figure 112008082366401-pat00079
,
Figure 112008082366401-pat00080
의 최소값으로 결정되므로
Figure 112008082366401-pat00081
값의 손실을 막는 것도 중요하지만,
Figure 112008082366401-pat00082
,
Figure 112008082366401-pat00083
값을
Figure 112008082366401-pat00084
과 비슷하거나 크게 유지해주어야 시스템의 최대 용량값에 가까운 결과를 얻을 수 있다.
예컨대, 송신 널링 기법의 경우, 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 목적 노드(300)는 동일한 수의 안테나를 가지고 있고, 제2 중계 노드(220)는 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 목적 노드(300)의 2 배의 안테나를 가지고 있다고 가정한다. 그러면, 간섭 제거 기법을 통해 제1 중계 노드(210)는 간섭 신호를 받지 않으므로
Figure 112008082366401-pat00085
값을 그대로 유지할 수 있다. 또한, 제2 중계 노드(220)가 다른 노드보다 많은 안테나를 가지고 있으므로, 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간, 제2 중계 노드(220)와 소스 노드(300)간의 채널 이득이 소스 노드(100)와 제1 중계 노 드(210)간의 채널에 비하여 클 것을 예상할 수 있다. 따라서 제2 중계 노드(220)와 목적 노드(300)간의 채널 이득이 간섭 제거 행렬에 의한 효과 때문에 줄어들더라도,
Figure 112008082366401-pat00086
값이
Figure 112008082366401-pat00087
의 값과 유사하게 유지될 것을 예상할 수 있다. 수신 널링 기법을 사용하는 경우에도, 제1 중계 노드(210)에 더 많은 안테나를 설치함으로써, 동일한 효과를 기대할 수 있다. 따라서 이와 같은 다중 안테나를 사용한 간섭 제거 기법을 통하여 중계 노드에서의 간섭 제거 및 시스템의 성능 향상을 얻을 수 있다.
이상으로, 본 발명의 실시 예에 다른 교대 전송 및 간섭 제거 기법에 대해서 살펴보았다. 그러면, 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 교대 전송 및 간섭 제거 기법의 효과에 대해서 설명하기로 한다. 도 10a 내지 도 10k는 본 발명의 실시 예에 따른 교대 전송 및 간섭 제거 기법의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
여기서, 각 노드간의 채널은 "Rayleigh fading"을 가정하여 채널 행렬의 각 성분이 평균이 0인 "complex Gaussian" 분포를 갖는 것으로 가정한다.
다중 안테나를 사용하여 간섭 제거를 수행하는 경우, 소스 노드(100), 중계 노드들, 및 목적 노드(300)가 각각 1 홉(1 hop) 범위에서 통신을 하는 경우에, 중계 노드의 안테나 개수가 소스 노드(100)와 목적 노드(300)의 안테나 개수의 2배가 되도록 설정하였다. 여기서, M은 소스 노드(100)와 목적 노드(300)에서의 안테나 수를, N은 각 중계 노드에서의 안테나 수를 나타낸다. 또한, 멀티 홉을 사용하여 통신을 하는 경우에, 제1 중계 노드(210) 또는 제2 중계 노드(220)의 안테나 수가 다른 노드의 안테나 수의 2 배인 것으로 가정한다.
도 10a 내지 도 10k에서 교대로 전송하는 기법은 두 가지로 세분화하였다. 총 2M개의 심벌을 전송할 때, 서로 다른 M개의 심벌을 각 중계 노드를 통해 전송하는 기법(AT-indep)과, 총 2M개의 심벌을 전송할 때, M개의 심볼을 반으로 나누어 M/2개의 심벌을 각 중계기를 통해 전송하는 기법(AT-split)을 포함한다. 또한, 도 1과 같이 전송하는 것은 "one-way"라고 표시한다.
도 10a 내지 도 10f에 도시된 그래프는, 중계 노드가 AF (amplify-and-forward) 모드로 동작할 때의 성능을 나타내며, 각 중계 노드에서의 송신 전력은 소스 노드(100)에서 송신 전력의 2배가 되도록 설정하였다(Pr=2Ps).
도 10h 및 도 10i에 도시된 그래프는 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 및 제2 중계 노드(220)의 송신 전력이 동일한 경우를 가정한다. 도 10j에 도시한 그래프는 제1 중계 노드(210), 제2 중계 노드(220)의 송신 전력이 소스 노드(100)의 송신 전력 보다 10dB 낮은 경우를 가정한다. 또한, 도 10h 내지 도 10j에 도시된 그래프는 중계 노드가 DF (decode-and-forward) 모드로 동작하는 것을 가정한다.
도 10a는 중계 노드간의 간섭이 없다고 가정하였을 때의 성능을 나타낸다. 도 10a에서 소스 및 목적 노드(300)의 안테나 개수는 4개이며, 각 중계 노드는 4개의 안테나를 갖고 있는 경우를 가정한다. 교대 전송 기법을 통하여 시스템의 최대 용량 값이 종래 기술에 비하여 증가함을 확인할 수 있다. 특히 AT-indep을 적용하였을 경우, SNR이 높은 영역에서 2배의 다중화(multiplexing) 이득을 얻음을 확인할 수 있다. 이때, AT-indep 및 AT-split 기법은 각 중계기가 AF(amplify-and-forward) 모드에서 동작할 때의 성능을 나타낸다.
도 10b는 도 10a와 같은 환경에서 각 중계 노드가 송신 전력 분배를 수행하였을 때 추가 이득이 얻어짐을 나타낸다.
도 10c는 M=4, N=8인 경우 AT-indep 기법에 대한 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸다. 검정색 실선으로 표시된 것은 간섭 제거를 전혀 수행하지 않은 경우의 성능을 나타내며, SNR이 증가함에 따라 성능이 낮은 값으로 수렴하여 다중화(multiplexing) 이득을 전혀 얻지 못함을 확인할 수 있다. 제안된 간섭 제거 기법들은 서로 유사한 성능을 보이며 송신 전력 분배를 수행하였을 경우 추가 이득을 얻음을 볼 수 있다.
도 10d는 M=4, N=4인 경우 AT-split 기법에 대한 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸다. 그림 10과 마찬가지로 제안된 간섭 제거 기법들은 서로 유사한 성능을 보이며 송신 전력 분배를 수행하였을 경우 추가 이득을 얻음을 볼 수 있다. 이 때 분홍색 실선으로 표시된 것은 목적 노드(300)에서의 간섭 제거를 수행하였을 때의 성능을 나타내는데, 채널 행렬의 크기가 정방 행렬(M=4, N=4)이 되므로 간섭 추정 오차가 크게 발생하여 성능 열화가 발생한다. 이는 검정색 점선으로 표시된 바와 같이 안테나 선택 기법을 적용하여 성능 개선을 할 수 있다.
도 10e는 M=4인 경우 AT-indep에 대하여 중계기의 안테수를 증가시킴에 따른 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸다. 중계기의 안테나 수가 증가할수록 제안된 간섭 제거 기법의 성능이 하늘색 실선으로 표시된 중계기간의 간섭이 없는 경우로 수렴함을 볼 수 있다. 이는 직교 투영에 의한 채널 이득의 손실이 점차 줄어들기 때문이다. 중계기의 안테나 수가 소스 노드(100)에서의 안테나 수보다 점차 커지게 되 면, 송신 널링 기법의 경우는 포워드(forward) 채널 이득의 손실이 줄어들고, 수신 널링 기법(Rx-nulling)의 경우는 백워드(backward) 채널 이득의 손실이 줄어들어 중계기간의 간섭이 원래 없는 경우에 근접하기 때문이다.
도 10f는 M=4인 경우 AT-split에 대하여 중계기의 안테수를 증가시킴에 따른 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸다. 도 10e의 결과와 유사한 경향성을 나타냄을 확인할 수 있다.
도 10g 및 도 10h는 각각 소스 노드(100)로부터 중계 노드까지의 SNR이 각각 0dB, 30dB인 경우, 중계 노드의 송신 전력을 증가시킴에 따른 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸 것이다. DF(decode-and-forward) 모드와 AF(amplify-and-forward)에서의 성능을 비교하였다. 중계 노드를 DF 모드로 동작시킬 경우 AF 모드의 경우보다 성능이 우월함을 확인하였다. 중계 노드의 송신 전력이 소스 노드(100)의 송신 전력보다 큰 경우 시스템의 최대 용량은 백워드(backward) 채널에 의해 결정되는데, 송신 널링 기법은 백워드(backward) 채널의 이득은 유지하면서 포워드(forward) 채널의 이득에 손실이 있는 방법이고, 수신 널링 기법은 반대의 방법이므로 송신 널링 기법의 성능이 더 나음을 확인할 수 있다. 송신 널링 기법은 DF 모드로 동작할 때 시스템의 최대 용량값이 쉽게 수렴함을 볼 수 있고, AF로 동작할 때에도 중계기의 송신 전력이 충분히 커지면 최대 용량 값으로 수렴함을 볼 수 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에서 소스 노드(100)의 송신 전력보다 중계 노드의 송신 전력이 큰 경우, 중계 노드를 AF 모드로 동작시키면서도 시스템의 최대 성능에 근접하는 결과를 얻을 수 있다. 예컨대, 송신 전력이 낮은 두 단말이 중계기를 통해 통신하는 경우, 이때 소스 노드(100)와 목적 노드(300)는 단말의 역할을 수행하는 경우를 가정할 수 있다.
도 10i는 멀티 홉을 가정한 경우이며, 특히, 앞서 설명한 바와 같은 3 홉(3-hop) 시스템을 가정한다. 또한, 도 10i는 이러한 3 홉(3-hop) 시스템에서 간섭 제거를 수행했을 경우의 성능을 나타낸 것이다. 제2 중계 노드(220)에서 송신 널링 기법을 사용하여 제1 중계 노드(210)로의 간섭을 제거하였으며, 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 및 소스 노드(300)은 한 개의 안테나를 가정하였고, 제2 중계 노드(220)는 2개의 안테나를 갖는 것으로 가정한다. 제2 중계 노드(220)에 추가적으로 안테나를 설치하고 단순한 송신 널링 기법을 통하여 시스템의 성능이 최댓값에 근접하게 나타남을 볼 수 있다.
도 10j는 도 10i와 같은 환경을 가정하며, 제1 중계 노드(210)에서 수신 널링 기법을 적용하여, 간섭 제거를 수행한 경우의 성능을 나타낸다. 여기서, 제1 중계 노드(210)가 2개의 안테나를 나머지 노드들은 1개의 안테나를 갖는 것으로 가정한다. 구조적인 대칭성으로 인하여 도 10i와 동일한 결과가 얻어짐을 확인할 수 있다.
도 10k는 도 10j와 동일한 안테나 구정을 가지며, 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)의 송신 전력이 소스 노드(100)보다 10dB 낮은 경우에서 수신 널링 기법을 적용한 간섭 제거 성능을 나타낸다. 중계 노드의 송신 전력의 감소로 시스템의 최대 용량 값이 감소하고 수신 널링 기법을 사용한 간섭 제거는 최댓값에 근접하는 것을 볼 수 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 이러한 일반적인 중계 노드를 다수개 사용하는 무선 통신 네트워크에서 전송 기법을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 목적 노드에서의 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드에서의 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드에서의 수신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드의 송신 전력 분배 기법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면.
도 10a 내지 도 10k는 본 발명의 실시 예에 따른 교대 전송 및 간섭 제거 기 법의 효과를 설명하기 위한 도면.

Claims (10)

  1. 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송을 위한 시스템에 있어서,
    신호를 전송하는 소스 노드;
    상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제1 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제2 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제1 중계 노드;
    상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제2 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제1 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제2 중계 노드; 및
    상기 제1 및 제2 중계 노드로부터 신호를 수신하는 상기 목적 노드;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드는
    상기 제1 및 제2 중계 노드간의 유효 채널을 추정하고, 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 타 노드로의 간섭 신호를 제거하여 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송을 위한 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송을 위한 시스템에 있어서,
    신호를 전송하는 소스 노드;
    상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제1 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제2 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제1 중계 노드;
    상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제2 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제1 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제2 중계 노드; 및
    상기 제1 및 제2 중계 노드로부터 신호를 수신하는 상기 목적 노드;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 중계 노드는 전력 분배 행렬을 산출하여 산출한 전력 분배 행렬을 곱한 신호를 상기 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송을 위한 시스템.
  5. 삭제
  6. 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 방법에 있어서,
    제1 전송 시간에, 제1 중계 노드가 소스 노드로부터 신호를 수신하고, 제2 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 기 수신한 신호를 목적 노드로 전송하는 제1 과정과,
    제2 전송 시간에, 제2 중계 노드가 소스 노드로부터 신호를 수신하고, 제1 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 수신한 신호를 목적 노드로 전송하는 제2 과정을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 과정은
    상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드는 상기 제1 및 제2 중계 노드간의 유효 채널을 추정하고, 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 간섭 신호를 제거하여 타 중계 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 방법에 있어서,
    제1 전송 시간에, 제1 중계 노드가 소스 노드로부터 신호를 수신하고, 제2 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 기 수신한 신호를 목적 노드로 전송하는 제1 과정과,
    제2 전송 시간에, 제2 중계 노드가 소스 노드로부터 신호를 수신하고, 제1 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 수신한 신호를 목적 노드로 전송하는 제2 과정을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 과정은
    상기 제1 및 제2 중계 노드가 전력 분배 행렬을 산출하여 산출한 전력 분배 행렬을 곱한 신호를 상기 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 방법.
  10. 삭제
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