KR101552442B1 - OFDM cooperative communication method based on cell and System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이동 단말기가 속한 셀 및 그 셀과 인접한 셀의 기지국이 다중 안테나를 사용하는 이동 단말기로 협력 통신하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cell-based OFDM collaborative communication method and system, and more particularly, to a method and system for collaborative communication in a cell to which a mobile terminal belongs and a base station of a cell adjacent to the cell, will be.
스마트 기기가 대중화되면서 고화질 콘텐츠 및 인터넷 서비스의 수요가 급격하게 증가하였으며, 이로 인해 데이터 트래픽 사용 요구량이 급증하고 있다. 무선 인터넷 사용자 수는 유선 인터넷 사용자 수를 추월하였으며, Cisco는 2011년 597 페타 바이트이던 글로벌 모바일 트래픽이 2016년에는 10,804 페타 바이트를 기록할 것으로 전망하였으며, 2016년까지 연평균 78%씩 글로벌 모바일 트래픽이 성장할 것으로 예측하였다. 이에 따라 이동통신 네트워크 상의 트래픽 관리에 대한 관심이 증가하였다. With the popularization of smart devices, demand for high-definition content and Internet services has increased sharply, and the demand for data traffic has increased rapidly. The number of wireless Internet users surpassed the number of wired Internet users, and Cisco expects global mobile traffic, which was 597 petabytes in 2011, to reach 10,804 petabytes in 2016, with global mobile traffic growing at an annual average rate of 78% Respectively. As a result, interest in traffic management on mobile communication networks has increased.
또한 기지국 커버리지 경계 지역에서의 서비스 품질 저하 문제가 발생하면서 장소에 상관없이 균일한 데이터 서비스 품질 제공의 중요성이 확대되었으며, 기지국 간 상호간섭 문제를 해결하여 기지국의 커버리지 경계 지역에서도 최선의 데이터 서비스를 제공하는 방법이 연구되었다. 그리고 LTE-Advanced용 기지국 협력 통신 기술인 CoMP(Coordinated Multip-oint)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. In addition, the service quality degradation problem in the base station coverage boundary area has increased, and the importance of providing uniform data service quality regardless of the location has expanded, and the best data service is provided in the coverage area of the base station by solving the mutual interference problem between the base stations Was studied. Research on Coordinated Multipoint (CoMP), which is a base station cooperative communication technology for LTE-Advanced, is actively being carried out.
종래에는 두 기지국의 커버리지 경계 지역에 이동 단말기가 위치할 경우, 단말기가 속한 기지국으로부터 수신하는 신호가 감소하고, 인접한 기지국의 발신 신호 간섭으로 데이터 속도가 현저하게 느려지는 문제가 발생하였다. Conventionally, when a mobile terminal is located in a coverage area of two base stations, a signal received from a base station to which the mobile station belongs is reduced, and a data rate is remarkably slowed due to interference of an outgoing signal from an adjacent base station.
반면, 기지국 협력 통신(CoMP) 기술의 적용할 경우, 이동 단말기가 두 기지국의 커버리지 경계 지역으로 이동하더라도 기지국간의 통신 상태 정보 공유와 관리를 통하여 기지국 간 상호 간섭 및 데이터 단절 현상을 방지할 수 있다. On the other hand, when the CoMP technique is applied, the mutual interference between the base stations and the data disconnection phenomenon can be prevented by sharing and managing the communication state information between the base stations, even if the mobile terminal moves to the coverage area of the two base stations.
그러나 기지국 협력 통신(CoMP) 기술은 다수의 기지국 간 이동 시 협력 통신으로 인한 데이터의 품질 저하 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인하여 속도가 지연되거나 끊김 현상이 발생할 수 있다. However, the CoMP (Cooperative Mobile Station) technology can cause data quality degradation due to cooperative communication when moving between a plurality of base stations, which may cause a delay in speed or a disconnection phenomenon.
도 1은 종래 기술에 따른 무선 통신 시스템에서의 협력 통신을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for explaining cooperative communication in a wireless communication system according to the prior art.
도 1과 같이 종래 기술에 따른 OFDM 기반의 무선 통신에서 중계기 및 이동 단말은 두 개의 안테나를 가지며, 기지국은 중계기를 사용하여 셀의 범위를 확장함으로써 기지국으로부터 멀어지는 이동 단말로 신호를 전송할 수 있다. 1, a repeater and a mobile station have two antennas in an OFDM-based wireless communication according to the related art, and the base station can transmit a signal to a mobile terminal moving away from the base station by extending a range of the cell using a repeater.
기지국은 신호를 중계기들과 이동 단말로 전송하고, 중계기는 DF(Decode and Forward)과정을 거쳐 복조된 신호를 다시 변조하여 이동 단말로 전송한다. 즉 이동 단말은 이동 단말이 속한 셀의 기지국으로부터 직접 신호를 수신하고, 중계기를 이용하여 신호를 추가적으로 수신하여 다이버시티 이득을 얻는다. The base station transmits the signal to the repeaters and the mobile terminal, and the repeater modulates the demodulated signal through the DF (Decode and Forward) process and transmits the modulated signal to the mobile terminal. That is, the mobile terminal directly receives a signal from a base station of a cell to which the mobile terminal belongs, and further receives a signal using a repeater to obtain a diversity gain.
그러나 도 1에 나타낸 종래 기술은 중계기를 추가하거나 이동 단말이 기지국으로부터 멀어질 경우 성능의 저하가 발생한다. 특히 이동 단말이 셀 가장자리에 위치할수록 현저한 성능의 저하가 발생한다. However, the prior art shown in FIG. 1 has a performance degradation when a repeater is added or the mobile terminal moves away from the base station. Particularly, as the mobile terminal is located at the edge of the cell, a significant performance degradation occurs.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제10-2012-0059989호(2012.06.11 공개)에 개시되어 있다.The technology of the background of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open No. 10-2012-0059989 (published on Jun. 11, 2012).
본 발명은 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이동 단말기가 속한 셀 및 그 셀과 인접한 셀의 기지국이 다중 안테나를 사용하는 이동 단말기로 협력 통신하는 방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.The present invention relates to a cell-based OFDM collaborative communication method and system, and more particularly, to a method and system for collaborative communication in a cell in which a mobile terminal belongs and a base station of a cell adjacent to the cell in cooperation with a mobile terminal using multiple antennas .
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법은 제1 셀에 위치하고 있는 복수의 안테나를 가진 이동 단말기는 제1 타임 슬롯동안 상기 제1 셀에 설치된 제1 기지국으로부터 제1 신호를 수신하는 단계, 제2 타임 슬롯동안 상기 제1 중계기로부터 복조된 제1 신호를 수신하고 상기 제1 기지국으로부터 제2 신호를 수신하며, 인접하는 제2 셀에 위치한 제2 중계기로부터 복조된 제2 신호를 수신하는 단계, 그리고 수신된 상기 제1 신호와 제2 신호를 추정하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a cell-based OFDM collaborative communication method including: a first mobile station having a plurality of antennas located in a first cell; Receiving a first signal demodulated from the first repeater during a second time slot and receiving a second signal from the first base station, receiving demodulated signals from a second repeater located in an adjacent second cell, Receiving the second signal, and estimating the received first signal and the second signal.
또한, 상기 제2 셀에 위치하는 제2 기지국은, 상기 제1 기지국으로부터 전송할 신호를 미리 전달받으며, 상기 제1 타임 슬롯동안 상기 제2 중계기에게 상기 제2 신호를 전송한다. The second base station located in the second cell receives the signal to be transmitted from the first base station in advance and transmits the second signal to the second repeater during the first time slot.
또한, 상기 이동 단말기는, 상기 제1 중계기, 상기 제1 기지국 및 상기 제2 중계기로부터 STBC(Space-Time Block Code) 방식으로 상기 제1 신호 및 제2 신호를 수신하며, 다음의 수학식으로 표현된다. In addition, the mobile terminal receives the first signal and the second signal from the first repeater, the first base station, and the second repeater in STBC (space-time block code) do.
여기서, yij는 j번째 안테나에서 받은 i번째 수신 신호를 나타내고, nij는 각 수신 신호에 더해지는 잡음 값을 나타내며, h0j는 기지국과 이동 단말기의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미하고, h1j는 제1 중계기와 이동 단말기의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미하며, h2j는 제2 중계기와 이동 단말기의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미한다.Here, y ij denotes an i-th received signal received from the j-th antenna, n ij denotes a noise value added to each received signal, h 0j denotes a channel between the base station and the j-th antenna of the mobile terminal, h 1j Denotes a channel between the first repeater and the jth antenna of the mobile terminal, and h2j denotes a channel between the second repeater and the jth antenna of the mobile terminal.
또한, 상기 제1 중계기 및 제2 중계기는, 상기 제1 기지국 또는 제2 기지국으로부터 수신한 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호를 DF(Decode and Forward) 방식을 통하여 복조한다. The first and second repeaters demodulate the first signal or the second signal received from the first base station or the second base station through a Decode and Forward (DF) scheme.
또한, 상기 제1 신호와 제2 신호를 추정하는 단계는, MMSE(Minimum Mean Square Error) 방법을 사용하여 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 추정한다. In addition, estimating the first signal and the second signal estimates the first signal and the second signal using a Minimum Mean Square Error (MMSE) method.
본 발명의 다른 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템은 동일한 셀에 위치하는 복수의 안테나를 가진 이동 단말기, 제1 기지국 및 제1 중계기를 포함하며, 상기 이동 단말기는, 제1 타임 슬롯동안 상기 제1 기지국으로부터 제1 신호를 수신하고, 제2 타임 슬롯동안 상기 제1 중계기로부터 복조된 제1 신호를 수신하고 상기 제1 기지국으로부터 제2 신호를 수신하며, 인접한 셀에 위치한 제2 중계기로부터 복조된 제2 신호를 수신하며, 수신된 상기 제1 신호와 제2 신호를 추정한다.A cell-based OFDM collaborative communication system according to another embodiment of the present invention includes a mobile terminal having a plurality of antennas located in the same cell, a first base station and a first repeater, Receiving a first signal from the first base station, receiving a first signal demodulated from the first repeater during a second time slot, receiving a second signal from the first base station, and receiving a second signal from a second repeater located in an adjacent cell Receives the demodulated second signal, and estimates the received first and second signals.
따라서 본 발명에 따르면 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법 및 시스템을 이용함으로써, 이동 단말기는 기지국과의 거리가 멀어지더라도 인접한 기지국으로부터 추가적으로 신호를 수신하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며, 데이터 처리량을 증대시킬 수 있다. 또한 비트 에러율을 낮춰 신뢰성있는 통신을 수행할 수 있다.Therefore, according to the present invention, by using the cell-based OFDM cooperative communication method and system, even when the distance from the base station is increased, the mobile terminal can additionally receive signals from adjacent base stations to obtain diversity gain, . In addition, the bit error rate can be lowered to perform reliable communication.
도 1은 종래 기술에 따른 무선 통신 시스템에서의 협력 통신을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템 내의 데이터 및 신호 흐름을 보여주는 신호흐름도이다.
도 4는 기존의 협력 통신 방법에서 감쇠 환경에 따른 성능 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템에서 감쇠 환경에 따른 BER성능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템에서 감쇠 환경에 따른 데이터 처리량을 나타낸 그래프이다.1 is a diagram for explaining cooperative communication in a wireless communication system according to the prior art.
2 is a block diagram illustrating a cell-based OFDM collaborative communication system according to an embodiment of the present invention.
3 is a signal flow diagram illustrating data and signal flow in a cell-based OFDM collaborative communication system in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating a performance change according to an attenuation environment in a conventional cooperative communication method.
5 is a graph illustrating BER performance according to an attenuation environment in a cell-based OFDM cooperative communication system according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating data throughput according to an attenuation environment in a cell-based OFDM cooperative communication system according to an embodiment of the present invention.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 도 2 및 도 3을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법에 대하여 상세하게 설명한다. First, a cell-based OFDM cooperative communication method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 and FIG.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.2 is a block diagram illustrating a cell-based OFDM collaborative communication system according to an embodiment of the present invention.
도 2에 나타낸 것처럼, 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템에 따르면, 제1 셀(200)은 제1 기지국(210), 제1 중계기(230)를 포함하며, 제2 셀(205)은 제2 기지국(215) 및 제2 중계기(235)를 포함한다. 그리고, 도 2와 같이 이동 단말기(250)는 제1 셀(200)에 위치하고 있다고 가정한다. 2, according to a cell-based OFDM collaborative communication system, a
여기서 제1 및 제2 중계기(230, 235)와 이동 단말기(250)는 복수개의 안테나를 가지며 STBC 방식으로 데이터를 송수신한다. 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템에 따르면 제1 중계기(230), 제2 중계기(235) 및 이동 단말기(250)는 각각 두 개의 안테나를 가지는 것으로 예시하였다. The first and
여기서, 제1 중계기(230) 및 제2 중계기(235)는 두 개의 안테나 중에서 하나의 안테나는 송신 안테나로, 다른 하나의 안테나는 수신 안테나로 사용한다. 반면, 이동 단말기(250)는 두 개의 안테나 모두 수신 안테나로 사용한다. Here, the
제1 기지국(210) 및 제2 기지국(215)은 각각 제1 중계기(230) 및 제2 중계기(235)로 신호를 전송하고, 제1 중계기(230) 및 제2 중계기(235)는 기지국(210, 215)으로부터 수신한 신호를 복조하여 이동 단말기(250)로 전송한다. 또한 제1 기지국(210)은 중계기를 거치지 않고 이동 단말기(250)로 신호를 전송할 수도 있다. The
기지국(210, 215)은 이동 단말기(250)와 교환국(미도시)을 연결하는 역할을 수행하며, 셀 내에 위치한 이동 단말기(250)와 채널을 연결하여 신호를 전송한다. 중계기(230, 235)를 포함하는 무선 통신 시스템인 경우, 제1 및 제2 기지국(210, 215)은 제1 및 제2 중계기(230, 235)를 통하여 이동 단말기(250)로 신호를 전송할 수 있고, 직접 이동 단말기(250)로 신호를 전송할 수도 있다. The
설명의 편의상, 이동 단말기(250)가 속한 셀을 제1 셀(200)이라고 하고, 제1 셀(200)에 위치한 기지국을 제1 기지국(210)라 명명하며, 제2 셀(205)은 제1 셀(200)에 가장 근접한 셀로 가정한다. For convenience of explanation, the cell to which the
그리고 제1 및 제2 중계기(230, 235)는 제1 및 제2 기지국(210, 215)의 셀 내에서 전파음영지역을 개선하기 위하여 설치된 것으로, 제1 및 제2 중계기(230, 235)를 이용하여 제1 및 제2 기지국(210, 215)의 셀 크기를 확대할 수 있다. 제1 및 제2 중계기(230, 235)는 제1 및 제2 기지국(210, 215)으로부터 신호를 수신하여 이동 단말기(250)로 재전송하는 역할을 수행한다. The first and
또한 이동 단말기(250)는 무선 링크 상에서 사용자측 종단에 위치하며, 사용자에게 서비스를 제공하는 단말기 기능을 수행한다. 이동 단말기(250)는 복수의 안테나를 통하여 제1 셀(200)의 제1 기지국(210), 제1 중계기(230) 및 제2 셀(205)의 제2 중계기(235)로부터 신호를 수신한다. The
이하에서는 도 3을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, a cell-based OFDM cooperative communication method according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템 내의 데이터 및 신호 흐름을 보여주는 신호흐름도이다.3 is a signal flow diagram illustrating data and signal flow in a cell-based OFDM collaborative communication system in accordance with an embodiment of the present invention.
기지국(210, 215)은 한 타임 슬롯당 하나의 신호를 전송하며, 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템에서는 두 타임 슬롯에 걸쳐 제1 신호(x1), 제2 신호(x2) 즉 두 개의 신호를 전송하는 것을 예시한다. In the cell-based OFDM collaborative communication system according to the embodiment of the present invention, the
먼저, 제1 타임 슬롯동안 제1 기지국(210)은 제1 중계기(230)와 이동 단말기(250)로 제1 신호(x1)를 전송한다(S310). 제1 기지국(210)은 g01 채널을 통하여 제1 중계기(230)로 제1 신호(x1)를 전송한다. 또한 제1 기지국(210)은 채널(h01, h02)을 통하여 이동 단말기(250)의 첫 번째 및 두 번째 안테나로 각각 제1 신호(x1)를 전송한다. First, during a first time slot, the
수학식 1은 제1 및 제2 중계기(230, 235) 또는 이동 단말기(20)가 수신한 신호의 벡터를 계산하는 식이다. 제1 및 제2 중계기(230, 235)가 수신한 신호 및 이동 단말기(250)가 수신한 신호를 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다. Equation 1 is a formula for calculating the vector of the signal received by the first and
수학식 1에서, Y는 제1 및 제2 중계기(230, 235) 또는 이동 단말기(250)가 수신한 신호의 벡터 값이고, H는 신호 수신에 이용한 채널 행렬이며, S는 송신된 신호의 행렬이고, N은 신호를 송수신할 때 더해진 잡음 벡터를 의미한다. In Equation 1, Y is a vector value of a signal received by the first and
제1 중계기(230)가 수신한 신호는 수학식 1과 같이 제1 중계기(230)가 신호를 수신할 때 이용한 채널 행렬과 제1 기지국(210)이 송신한 신호 행렬의 곱에 잡음 벡터를 더하여 계산할 수 있다. 그리고 이동 단말기(250)가 첫 번째 안테나 및 두 번째 안테나로 수신한 신호도 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다. The signal received by the
다음으로 제2 기지국(215)은 제1 기지국(210)으로부터 미리 전달받은 제2 신호(x2)를 제1 타임 슬롯동안 제2 중계기(235)로 전송한다(S320). 이때 제2 기지국(215)은 제2 중계기(235)와의 g02 채널을 통하여 제2 신호(x2)를 전송한다. Next, the
그리고 제2 타임 슬롯동안 제1 중계기(230)는 S310 단계에서 수신한 제1 신호를 복조하고, 복조한 제1 신호()를 이동 단말기(250)로 전송한다(S330). 여기서 제1 중계기(230)는 DF Relaying 기법을 사용하여 수신한 신호를 복조하고, 복조 결과값인 복조한 제1 신호()를 이동 단말기(250)로 전송한다. 이때, 제1 중계기(230)는 채널 h11, h12을 통하여 이동 단말기(250)의 첫 번째 및 두 번째 안테나로 각각 복조된 제1 신호 ()를 전송한다. During the second time slot, the
또한 제1 기지국(210)은 제2 타임 슬롯동안 이동 단말기(250)로 제2 신호(x2)를 전송한다(S340). 제1 기지국(210)은 채널 h01와 채널 h02을 통하여 각각 이동 단말기(250)의 첫 번째 및 두 번째 안테나로 제2 신호(x2)를 전송한다. Also, the
그리고 제2 타임 슬롯동안 제2 중계기(235)는 S320 단계에서 제2 기지국(215)로부터 수신한 제2 신호(x2)를 복조하여 복조한 제2 신호()를 이동 단말기(250)로 전송한다(S350). 이때, 제2 중계기(235)는 채널 h21, h22을 통하여 각각 이동 단말기(250)의 첫 번째 및 두 번째 안테나로 복조한 제2 신호()를 전송한다. During the second time slot, the
이와 같이 S310 단계 내지 S350 단계를 통하여 이동 단말기(250)는 제1 신호(x1), 제2 신호(x2), 복조한 제1 신호 (), 복조한 제2 신호()를 STBC 방식으로 수신한다. 이동 단말기(250)가 수신한 수신 심볼을 행렬로 나타내면 수학식 2로 표현할 수 있다. As described above, the
X는 이동 단말기(250)가 수신한 OFDM 심볼을 의미하며, 첫번째 행은 제1 타임 슬롯에서 제1 기지국(210), 제1 중계기(230), 제2 중계기(235)로부터 각각 수신한 신호를 나타낸다. 그리고, 두번째 행은 제2 타임 슬롯에서 제1 기지국(210), 제1 중계기(230), 제2 중계기(235)로부터 각각 수신한 신호를 나타낸다.X denotes an OFDM symbol received by the
수학식 2에 나타낸 것처럼, 제1 타임 슬롯동안 이동 단말기(250)는 제1 기지국(210)으로부터만 제1 신호(x1)를 수신한다. 여기서, 제1 타임 슬롯동안 제2 중계기(235)는 제2 기지국(215)으로부터 제2 신호(x2)를 수신한다. As shown in Equation (2), during a first time slot, the
또한, 제2 타임 슬롯동안 이동 단말기(250)는 제1 기지국(210)으로부터 제2 신호(x2)를 수신하고, 제1 중계기(230)로부터는 제1 중계기(230)가 DF과정을 통하여 복조한 제1 신호()를 수신하며, 제2 중계기(235)로부터 제2 중계기(235)가 DF과정을 통하여 복조한 제2 신호()를 수신한다. During the second time slot, the
이와 같이 각 타임 슬롯동안 두 개의 안테나를 가진 이동 단말기(250)가 각 타임 슬롯 별로 수신하는 신호는 다음의 수학식 3으로 나타낼 수 있다. The signal received by the
여기서 yij는 이동 단말기(250)가 i 타임 슬롯동안 j 번째 안테나로 수신한 신호를 나타내고, nij는 각 수신 신호에 더해지는 잡음 값을 나타내며, h0j는 기지국(210, 215)과 이동 단말기(250)의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미하고, h1j는 제1 중계기(230)와 이동 단말기(250)의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미하며, h2j는 제2 중계기(235)와 이동 단말기(250)의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미한다. Here, y ij represents a signal received by the
즉, y11은 이동 단말기(250)가 제1 타임 슬롯동안에 첫 번째 안테나로 수신한 신호를 의미하며, 이동 단말기(250)는 제1 타임 슬롯동안 h01채널을 통하여 제1 기지국(210)으로부터 첫 번째 안테나로 제1 신호(x1)를 수신한다. y12는 이동 단말기(250)가 제1 타임 슬롯동안 두 번째 안테나를 통하여 수신한 신호를 의미하고, 이동 단말기(250)는 h02채널을 통하여 제1 기지국(210)으로부터 두 번째 안테나로 제1 신호(x1)를 수신한다. 또한 y11신호 및 y12신호에는 각각 n11, n12의 잡음이 포함되어 있다. That is, y 11 denotes a signal received by the first antenna during the first time slot of the
그리고 y21은 제2 타임 슬롯동안 이동 단말기(250)의 첫 번째 안테나가 수신한 신호를 의미한다. 이동 단말기(250)는 제2 타임 슬롯동안 h01채널을 통하여 제1 기지국(210)으로부터 첫 번째 안테나로 제2 신호(x2)를 수신하고, h11채널을 통하여 제1 중계기(230)로부터 첫 번째 안테나로 복조한 제1 신호()를 수신하며, h21채널을 통하여 제2 중계기(235)로부터 첫 번째 안테나로 복조한 제2 신호()를 수신한다. y21신호에는 잡음인 n21도 포함되어 있다. And y 21 denotes a signal received by the first antenna of the
마지막으로 y22는 제2 타임 슬롯동안 이동 단말기(250)의 두 번째 안테나가 수신한 신호를 의미하며, 이동 단말기(250)는 h02채널을 통하여 두 번째 안테나로 제1 기지국(210)으로부터 제2 신호(x2)를 수신하고, h12채널을 통하여 제1 중계기(230)로부터 두 번째 안테나로 복조한 제1 신호()를 수신하며, h22채널을 통하여 제2 중계기(235)로부터 두 번째 안테나로 복조한 제2 신호()를 수신한다. 또한 y22에는 잡음 신호인 n22도 포함되어 있다. Finally, y 22 denotes a signal received by the second antenna of the
xi와 는 추정 값을 나타내는 로 표현할 수 있으며, 를 이용하여 수학식 3을 행렬로 표현하면 수학식 4와 같다. x i and Represents an estimated value As shown in FIG. The equation (3) can be expressed by the following equation (4).
수학식 4를 이용하여 이동 단말기(250)가 제1 기지국(210), 제1 중계기(230), 제2 중계기(235)로부터 각 타임 슬롯동안 각 안테나에서 수신한 신호를 알 수 있다. The
마지막으로 이동 단말기(250)는 수신한 제1 신호(x1) 및 제2 신호(x2)를 추정한다(S360). Finally, the
본 발명의 실시예에 따르면, 수신한 신호를 복조화 하기 위해서는 최소 평균제곱오차(MMSE, Minimum Mean Square Error) 추정 방법을 이용한다. 여기서 MMSE는 평균값 필터링의 단점을 보완하기 위하여 고안된 알고리즘이며, 수학적으로 연산이 용이한 평균제곱오차를 최소화하여 미지의 변수에 대한 최적의 추정치를 획득하는 방법이다. According to an embodiment of the present invention, a method of estimating a minimum mean square error (MMSE) is used to demodulate a received signal. Here, MMSE is a method designed to compensate for the disadvantage of average value filtering, and it is a method to obtain an optimal estimate of an unknown variable by minimizing the mean squared error that is easy to operate mathematically.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 설명의 편의상 2개의 타임 슬롯동안 2개의 신호를 전송하는 것으로 예시하였으나, 실시간으로 다수의 타임 슬롯동안 다수의 신호가 전송 및 추정되도록 설계할 수 있다. Meanwhile, according to the embodiment of the present invention, for convenience of description, two signals are transmitted during two time slots. However, it is possible to design a plurality of signals to be transmitted and estimated during a plurality of time slots in real time.
이하에서는 도 4 내지 도 6을 통하여 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템을 적용한 모의실험 결과에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, simulation results using a cell-based OFDM cooperative communication system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4 through FIG.
본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템의 모의실험을 위하여 FFT(Fast Fourier Transform) 사이즈는 256으로, OFDM 심볼의 보호 구간(Guard-Interval) 길이는 64로 설정하였으며, 변조 방법은 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 방식을 사용하였다. 신호는 1/2의 코드율과 구속장의 길이가 3인 컨볼루션 코드(Convolutional Code)로 부호화 되며, 준정적인(Quasi-Static) 특성을 갖는 7-path 레일리(Rayleigh) 페이딩 채널을 겪고, 송신 전력은 균일하게 할당 된다고 가정하고 모의실험을 진행하였다.For simulating a cell-based OFDM cooperative communication system according to an embodiment of the present invention, a Fast Fourier Transform (FFT) size is set to 256 and a Guard-Interval length of an OFDM symbol is set to 64, 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation) method was used. The signal is coded with a convolutional code with a code rate of 1/2 and a constraint length of 3 and is subjected to a 7-path Rayleigh fading channel with quasi-static characteristics, Are assumed to be uniformly allocated.
도 4는 기존의 협력 통신 방법에서 감쇠 환경에 따른 성능 변화를 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph illustrating a performance change according to an attenuation environment in a conventional cooperative communication method.
감쇠 정도가 크다는 것은 이동 단말기가 기지국으로부터 멀어진다는 것을 의미하며, 감쇠 정도가 -12dB일 때가 -3dB일 때보다 기지국과의 거리가 더 멀다는 것을 뜻한다. A large degree of attenuation means that the mobile terminal is far from the base station, and the attenuation level is -12 dB, which means that the distance from the base station is longer than when the attenuation is -3 dB.
도 4에 나타낸 것처럼, 감쇠 정도가 커질수록 비트 에러율(BER, Bit Error Rate)이 높아지며, 성능이 저하된다. SNR 값이 30일 때, -3dB와 -6dB의 감쇠 환경에서는 비트 에러율(BER)이 10-3 이하로 안정적인 성능을 유지하지만, -9dB와 -12dB에서는 비트 에러율(BER)이 높아 성능이 급격하게 저하되는 것을 확인할 수 있다. 즉 도 4를 통하여 이동 단말기가 기지국으로부터 멀어질수록 비트 에러율(BER)이 높아진다는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 4, the larger the degree of attenuation is, the higher the bit error rate (BER) is, and the performance is degraded. When the SNR value is 30, the bit error rate (BER) is stable to 10 -3 or less in the attenuation environments of -3 dB and -6 dB, but the bit error rate (BER) is high at -9 dB and -12 dB, . That is, it can be seen from FIG. 4 that the bit error rate (BER) increases as the mobile terminal moves away from the base station.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템에서 감쇠 환경에 따른 비트 에러율(BER)성능을 나타낸 그래프이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템에서 감쇠 환경에 따른 데이터 처리량을 나타낸 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating bit error rate (BER) performance according to an attenuation environment in a cell-based OFDM collaborative communication system according to an embodiment of the present invention. 6 is a graph illustrating data throughput according to an attenuation environment in a cell-based OFDM cooperative communication system according to an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템을 적용한 경우, -9dB와 -12dB의 감쇠 환경에서의 성능을 비교하여 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5 and FIG. 6, when a cell-based OFDM cooperative communication system according to an embodiment of the present invention is applied, performance in an attenuation environment of -9 dB and -12 dB can be confirmed by comparison.
도 5에 나타낸 것처럼, -9dB 및 -12dB의 감쇠 환경에서 기존의 기법에 비하여 비트 에러율(BER)이 현저하게 낮아지며 성능이 높아진다. 본 발명의 실시예에 따른 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법을 적용하면 -9dB의 감쇠 환경에서는 기존의 약 -6dB의 감쇠 환경과 비슷한 비트 에러율(BER)을 가지므로 약 3dB정도의 이득을 가질 수 있다. 또한 -12dB의 감쇠 환경에서는 기존의 약 -7dB의 감쇠 환경일때의 비트 에러율(BER)과 비슷한 비트 에러율(BER)을 가지므로 약 5dB의 이득을 가질 수 있다. As shown in FIG. 5, in the attenuation environments of -9 dB and -12 dB, the bit error rate (BER) is remarkably lowered and the performance is higher than the conventional technique. When a cell-based OFDM cooperative communication method according to an embodiment of the present invention is applied, a gain of about 3 dB can be obtained in an attenuation environment of -9 dB since it has a bit error rate (BER) similar to that of the existing attenuation environment of -6 dB . Also, in the -12 dB attenuation environment, it has a bit error rate (BER) similar to the bit error rate (BER) at the existing attenuation environment of about -7 dB, so that it can have a gain of about 5 dB.
또한 도 6에 나타낸 것처럼 감쇠 환경에서의 데이터 처리량은 SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 10 이하인 경우, 기존의 방법을 적용한 경우가 데이터 처리량이 약간 더 높지만, SNR이 10을 넘어서면 본 발명의 실시예에 따른 방법이 기존에 비하여 데이터 처리량이 현저하게 높아지는 것을 확인할 수 있다. Also, as shown in FIG. 6, when the signal-to-noise ratio (SNR) is 10 or less, the data throughput in the attenuation environment is slightly higher when the conventional method is applied. However, if the SNR exceeds 10, It can be seen that the method according to the embodiment significantly increases the data throughput compared to the conventional method.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 이동 단말기는 기지국과의 거리가 멀어지더라도 인접한 기지국으로부터 추가적으로 신호를 수신하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며, 데이터 처리량을 증대시킬 수 있다. 또한 비트 에러율을 낮춰 신뢰성있는 통신을 수행할 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, even when the mobile terminal is distant from the base station, the mobile terminal can additionally receive a signal from an adjacent base station to obtain a diversity gain and increase data throughput. In addition, the bit error rate can be lowered to perform reliable communication.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.
200 : 제1 셀 205 : 제2 셀
210 : 제1 기지국 215 : 제2 기지국
230 : 제1 중계기 235 : 제2 중계기
250 : 이동 단말기200: first cell 205: second cell
210: first base station 215: second base station
230: first repeater 235: second repeater
250: mobile terminal
Claims (10)
제1 셀에 위치하고 있는 복수의 안테나를 가진 이동 단말기는 제1 타임 슬롯동안 상기 제1 셀에 설치된 제1 기지국으로부터 제1 신호를 수신하는 단계,
제2 타임 슬롯동안 제1 중계기로부터 복조된 제1 신호를 수신하고 상기 제1 기지국으로부터 제2 신호를 수신하며, 인접하는 제2 셀에 위치한 제2 중계기로부터 복조된 제2 신호를 수신하는 단계, 그리고
수신된 상기 제1 신호와 제2 신호를 추정하는 단계를 포함하며,
상기 제2 셀에 위치하는 제2 기지국은,
상기 제1 기지국으로부터 전송할 신호를 미리 전달받으며, 상기 제1 타임 슬롯동안 상기 제2 중계기에게 상기 제2 신호를 전송하는 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법. A cooperative communication method using a cell-based OFDM cooperative communication system,
A mobile terminal having a plurality of antennas located in a first cell includes receiving a first signal from a first base station installed in the first cell during a first time slot,
Receiving a first signal demodulated from a first repeater during a second time slot and receiving a second signal from the first base station, receiving a second demodulated signal from a second repeater located in an adjacent second cell, And
Estimating the first signal and the second signal received,
And a second base station located in the second cell,
Wherein the second base station receives the signal to be transmitted from the first base station in advance and transmits the second signal to the second repeater during the first time slot.
상기 이동 단말기는,
상기 제1 중계기, 상기 제1 기지국 및 상기 제2 중계기로부터 STBC(Space-Time Block Code) 방식으로 상기 제1 신호 및 제2 신호를 수신하며, 다음의 수학식으로 표현되는 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법:
여기서, yij는 j번째 안테나에서 받은 i번째 수신 신호를 나타내고, nij는 각 수신 신호에 더해지는 잡음 값을 나타내며, h0j는 기지국과 이동 단말기의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미하고, h1j는 제1 중계기와 이동 단말기의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미하며, h2j는 제2 중계기와 이동 단말기의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미한다.The method according to claim 1,
The mobile terminal includes:
Based OFDM cooperative communication (hereinafter, referred to as " cell-based OFDM cooperative communication ") represented by the following equation: < EMI ID = Way:
Here, y ij denotes an i-th received signal received from the j-th antenna, n ij denotes a noise value added to each received signal, h 0j denotes a channel between the base station and the j-th antenna of the mobile terminal, h 1j Denotes a channel between the first repeater and the jth antenna of the mobile terminal, and h2j denotes a channel between the second repeater and the jth antenna of the mobile terminal.
상기 제1 중계기 및 제2 중계기는,
상기 제1 기지국 또는 제2 기지국으로부터 수신한 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호를 DF(Decode and Forward) 방식을 통하여 복조하는 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법. The method of claim 3,
Wherein the first and second repeaters comprise:
And a demodulator for demodulating the first signal or the second signal received from the first base station or the second base station through a DF (Decode and Forward) scheme.
상기 제1 신호와 제2 신호를 추정하는 단계는,
MMSE(Minimum Mean Square Error) 방법을 사용하여 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 추정하는 셀 기반의 OFDM 협력 통신 방법. The method according to claim 1,
Wherein estimating the first signal and the second signal comprises:
A cell-based OFDM collaborative communication method for estimating a first signal and a second signal using a Minimum Mean Square Error (MMSE) method.
상기 이동 단말기는,
제1 타임 슬롯동안 상기 제1 기지국으로부터 제1 신호를 수신하고,
제2 타임 슬롯동안 상기 제1 중계기로부터 복조된 제1 신호를 수신하고 상기 제1 기지국으로부터 제2 신호를 수신하며, 인접한 셀에 위치한 제2 중계기로부터 복조된 제2 신호를 수신하며,
수신된 상기 제1 신호와 제2 신호를 추정하며,
상기 인접한 셀에 위치하는 제2 기지국은,
상기 제1 기지국으로부터 전송할 신호를 미리 전달받으며, 상기 제1 타임 슬롯동안 상기 제2 중계기에게 상기 제2 신호를 전송하는 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템. In a cell-based OFDM cooperative communication system including a mobile terminal having a plurality of antennas located in the same cell, a first base station and a first repeater,
The mobile terminal includes:
Receiving a first signal from the first base station during a first time slot,
Receiving a first signal demodulated from the first repeater during a second time slot and receiving a second signal from the first base station, receiving a second demodulated signal from a second repeater located in an adjacent cell,
Estimating the received first and second signals,
And a second base station located in the adjacent cell,
Wherein the second base station receives the signal to be transmitted from the first base station in advance and transmits the second signal to the second repeater during the first time slot.
상기 이동 단말기는,
상기 제1 중계기, 상기 제1 기지국 및 상기 제2 중계기로부터 STBC(Space-Time Block Code) 방식으로 상기 제1 신호 및 제2 신호를 수신하며, 다음의 수학식으로 표현되는 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템:
여기서, yij는 j번째 안테나에서 받은 i번째 수신 신호를 나타내고, nij는 각 수신 신호에 더해지는 잡음 값을 나타내며, h0j는 기지국과 이동 단말기의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미하고, h1j는 제1 중계기와 이동 단말기의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미하며, h2j는 제2 중계기와 이동 단말기의 j번째 안테나 사이의 채널을 의미한다.The method according to claim 6,
The mobile terminal includes:
Based OFDM cooperative communication (hereinafter, referred to as " cell-based OFDM cooperative communication ") represented by the following equation: < EMI ID = system:
Here, y ij denotes an i-th received signal received from the j-th antenna, n ij denotes a noise value added to each received signal, h 0j denotes a channel between the base station and the j-th antenna of the mobile terminal, h 1j Denotes a channel between the first repeater and the jth antenna of the mobile terminal, and h2j denotes a channel between the second repeater and the jth antenna of the mobile terminal.
상기 제1 중계기 및 제2 중계기는,
상기 제1 기지국 또는 상기 제2 기지국으로부터 수신한 제1 신호 또는 제2 신호를 DF(Decode and Forward) 방식을 통하여 복조하는 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템. 9. The method of claim 8,
Wherein the first and second repeaters comprise:
And a first signal or a second signal received from the first base station or the second base station through a DF (Decode and Forward) scheme.
상기 이동 단말기는,
MMSE(Minimum Mean Square Error) 방법을 사용하여 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 추정하는 셀 기반의 OFDM 협력 통신 시스템.The method according to claim 6,
The mobile terminal includes:
A cell-based OFDM collaborative communication system for estimating a first signal and a second signal using a Minimum Mean Square Error (MMSE) method.
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KR1020140113144A KR101552442B1 (en) | 2014-08-28 | 2014-08-28 | OFDM cooperative communication method based on cell and System |
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---|---|---|---|---|
KR101694065B1 (en) * | 2015-10-13 | 2017-01-09 | 세종대학교산학협력단 | Cooperative communication system using an adjacent base station and cooperative communication method using the same |
KR101694066B1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-01-09 | 세종대학교산학협력단 | Cooperative communication system using precoding and cooperative communication method using the same |
KR101731759B1 (en) | 2016-06-20 | 2017-05-12 | 세종대학교산학협력단 | Adaptive cooperative communication system using pre-coding and cooperative communication method using the same |
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-
2014
- 2014-08-28 KR KR1020140113144A patent/KR101552442B1/en active IP Right Grant
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