KR101753618B1 - 릴레이 노드를 이용한 멀티 노드 간 양방향 통신 방법 및 장치 - Google Patents

릴레이 노드를 이용한 멀티 노드 간 양방향 통신 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)과 M개의 사용자 노드들로부터 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)을 이용하여 부호화된 2M개의 신호들을 수신하고, 상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 상기 네스티드 래티스 코드 체인에 기초하여, 상기 기지국과 상기 M개의 사용자 노드들 간에 쌍(pairwise)을 이루는 M개의 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 추정하고, 상기 기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하여 상기 기지국 및 상기 M개의 사용자 노드들로 전송한다.

Description

릴레이 노드를 이용한 멀티 노드 간 양방향 통신 방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR BI-DIRECTIONAL COMMUNICATION BETWEEN MULTI PAIR NODES USING RELAY NODE}
기술분야는 멀티 노드들 간에 릴레이 노드를 이용하여 통신을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
다수의 노드들이 한정된 공간 내에서, 효율적으로 통신을 수행하기 위해서는 무선 통신 채널 자원을 효과적으로 공유하는 것이 중요하다. 다수의 노드들 간에 통신을 수행하는 과정에서, 전력 효율 및 통신 거리를 증가시키기 위해 릴레이 노드가 사용된다.
특히 반 이중방식(half duplex)의 릴레이 노드를 이용하는 경우, 릴레이 노드는 Decode and Forward(DF), Compress and Forward(CF), Amplify and Forward(AF) 방식을 이용하여 다수의 노드들과 통신을 수행할 수 있다.
Decode and Forward(DF) 방식에서, 릴레이 노드는 다수의 노드들로부터 수신한 신호들을 복호화하여 각 노드들이 전송하는 메시지를 복원한다. 그 후, 릴레이 노드는 복원된 메시지를 다시 부호화하여 상기 각 노드들이 메시지를 전송하고자 하는 목적 노드에 전달한다.
Compress and Forward(CF) 방식에서, 릴레이 노드는 다수의 노드들로부터 수신한 신호들을 기 설정된 양자화 맵에 기초하여 양자화된 신호들로 맵핑한다. 그 후, 릴레이 노드는 양자화 신호들에 대응하는 메시지를 전체 다수의 노드들에 브로드캐스팅 방식으로 전달한다.
Amplify and Forward(AF) 방식에서, 릴레이노드는 다수의 노드들로부터 수신한 신호들을 별도의 신호 처리과정 없이 증폭하여 재전송한다.
릴레이 노드의 위의 방식들을 이용한 재전송 방식은 다수의 노드들이 쌍을 이루어 통신을 수행하는 멀티쌍(mult-pair) 환경에 적용 시, 한계를 가지게 된다.
DF 방식의 경우, 릴레이 노드는 수신한 신호들을 전부 복호화 해야 하므로, 계산 복잡도(computation complexity)가 증가하고, CF 및 AF 방식의 경우, 각 노드들로부터 수신한 신호들 간에 발생하는 간섭의 영향이 존재하고, 노이즈 제거에 한계가 있다.
일 측면에 있어서, 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)과 M개의 사용자 노드들로부터 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)을 이용하여 부호화된 2M개의 신호들을 수신하는 수신부, 상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 상기 네스티드 래티스 코드 체인에 기초하여, 상기 기지국과 상기 M개의 사용자 노드들 간에 쌍(pairwise)을 이루는 M개의 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 추정하는 복호화부 및 상기 기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하여 상기 기지국 및 상기 M개의 사용자 노드들로 전송하는 전송부를 포함한다.
상기 복호화부는 상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 최대 커스 래티스 코드 세트(most coarse lattice code set) 범위에서, 기 설정된 생성 매트릭스(generator matrix)의 설정을 기초로, 유클리디안 래티스 복호화(Euclidean lattice decoding)를 수행하여, 선형조합 신호들을 추정하는 제1 복호화부 및 상기 추정된 선형조합 신호들을 요소로 하는 선형조합 벡터와 정수 값을 요소로 하는 복원 매트릭스(restore matrix)의 관계에 기초하여 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정하는 제2 복호화부를 포함할 수 있다.
상기 생성 매트릭스는 1 또는 0을 요소(element)로 하되, 상기 부호화된 2M개의 신호들 중 메시지로 인식하려는 신호들에 대응하는 부분은 상기 1 이 설정되고, 노이즈로 인식하려는 신호들에 대응하는 부분은 상기 0 이 설정되고, 상기 복원 매트릭스는 상기 생성 매트릭스와의 관계에서 단위 매트릭스(identity matrix)를 형성할 수 있다.
상기 생성 매트릭스는 상기 부호화된 2M개의 신호들 중 상기 최대 커스 래티스 코드 세트(most coarse lattice code set)에 맵핑된 신호들을 메시지로 인식하도록 상기 맵핑된 신호들에 대응하는 부분에 1이 설정될 수 있다.
일 측면에 있어서, 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 2M개의 래티스(lattice)들로 구성된 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)중 M개의 래티스 코드워드에 M개의 전송 메시지를 맵핑하여, M개의 부호화 신호들을 생성하는 래티스 부호화부, 상기 M개의 부호화 신호들에 대하여, 전송 채널의 전력 제약(constraint)조건을 만족하도록 디더링(dithering)을 수행하여, M개의 전송 신호들을 생성하는 디더링부 및 상기 M개의 전송신호들을 하나의 출력신호로 합성하는 합성부를 포함한다.
상기 네스티드 래티스 코드 체인은 기지국, 릴레이 노드 및 M개의 사용자 노드들 간에 동일하게 설정될 수 있다.
상기 네스티드 래티스 코드 체인은 사이즈가 다른 상기 2M개의 래티스(lattice)들로 구성되고, 상기 2M개의 래티스들 중에서 사이즈가 큰 래티스는 사이즈가 작은 래티스를 포함할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 상기 하나의 출력신호를 소정의 시간 동안 릴레이 노드로 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)으로부터 래티스 코드(lattice code)를 이용하여 부호화된 하나의 신호 및 브로드캐스트 부호화된 M-1개의 신호들을 수신하고, M개의 사용자 노드들 중 하나의 사용자 노드로부터 상기 래티스 코드를 이용하여 부호화된 신호를 수신하는 수신부 및 상기 기지국으로부터 수신한 상기 부호화된 하나의 신호 및 상기 M개의 사용자 노드들 중 하나의 사용자 노드로부터 수신한 상기 부호화된 신호에 대하여 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호를 추정하는 복호화부를 포함한다.
상기 수신부는 서로 다른 복수의 기 설정된 시간 동안, 상기 기지국으로부터 래티스 코드를 이용하여 부호화된 M개의 신호들을 수신하고, 상기 M개의 사용자 노드들로부터 상기 래티스 코드를 이용하여 부호화된 M개의 신호들을 수신하고, 상기 복호화부는 상기 기지국으로부터 수신하는 M개의 신호들 및 상기 M개의 신호들에 대응하는 상기 M개의 사용자 노드들로부터 수신하는 M개의 신호들에 대하여, M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정할 수 있다.
다른 일 측면에 있어서, 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 상기 서로 다른 복수의 기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하여 상기 기지국 및 상기 M개의 사용자 노드들로 전송하는 전송부를 더 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 M개의 전송 메시지들 중에서 래티스 코드워드에 하나의 전송 메시지를 맵핑하여, 래티스 부호화 신호를 생성하는 래티스 부호화부, 상기 M개의 전송 메시지들 중에서 상기 래티스 부호화된 메시지를 제외한 나머지 M-1개의 전송 메시지들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하여, M-1개의 일반 부호화 신호들을 생성하는 일반 부호화부, 상기 래티스 부호화 신호에 대하여, 신호 전송 채널의 전력 제약(constraint)조건을 만족하도록 디더링(dithering)을 수행하여, 하나의 전송 신호를 생성하는 디더링부, 상기 M-1개의 일반 부호화 신호들에 대하여, 코스타 더티 페이퍼 코딩(costa's dirty paper coding)을 수행하여, 하나의 전송 신호를 생성하는 브로드캐스트부 및 상기 2개의 전송신호들을 하나의 출력신호로 합성하는 합성부를 포함한다.
일 측면에 있어서, 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 방법은 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)과 M개의 사용자 노드들로부터 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)을 이용하여 부호화된 2M개의 신호들을 수신하는 단계, 상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 상기 네스티드 래티스 코드 체인에 기초하여, 상기 기지국과 상기 M개의 사용자 노드들 간에 쌍(pairwise)을 이루는 M개의 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 추정하는 단계, 상기 기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하는 단계 및 상기 부호화된 M개의 신호들을 상기 기지국 및 상기 M개의 사용자 노드들로 전송하는 단계를 포함한다.
상기 추정하는 단계는 상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 최대 커스 래티스 코드 세트(most coarse lattice code set) 범위에서, 기 설정된 생성 매트릭스(generator matrix)의 설정을 기초로, 유클리디안 래티스 복호화(Euclidean lattice decoding)를 수행하여, 선형조합 신호들을 추정하는 단계 및 상기 추정된 선형조합 신호들을 요소로 하는 선형조합 벡터와 정수 값을 요소로 하는 복원 매트릭스(restore matrix)의 관계에 기초하여 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측면에 있어서, 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 방법은 2M개의 래티스(lattice)들로 구성된 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)중 M개의 래티스 코드워드에 M개의 전송 메시지를 맵핑하여, M개의 부호화 신호들을 생성하는 단계, 상기 M개의 부호화 신호들에 대하여, 전송 채널의 전력 제약(constraint)조건을 만족하도록 디더링(dithering)을 수행하여, M개의 전송 신호들을 생성하는 단계 및 상기 M개의 전송신호들을 하나의 출력신호로 합성하는 단계를 포함한다.
릴레이 노드는 기지국 및 복수의 사용자 노드들로부터 수신하는 복수의 신호들에 대해, 기지국과 상기 복수의 사용자 노드들 간에 쌍(pairwise)을 이루는 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 추정하여, 수신 신호들을 복호화 함으로써, 계산 복잡도를 감소시킬 수 있다.
또한, 릴레이 노드는 기지국 및 복수의 사용자 노드들로부터 수신하는 복수의 신호들을 쌍(pairwise)을 이루는 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들에 기초하여 복호화 하고, 재전송함으로써, 노이즈 및 간섭신호를 효율적으로 제거할 수 있다.
또한, 하나의 기지국은 복수의 사용자 노드들과 쌍을 이루어 양방향 통신을 수행하는 과정에서, 릴레이 노드로는 전송 메시지를 래티스 부호화하여 전송하고, 상기 복수의 사용자 노드들로는 전송 메시지를 일반 부호화하여 전송함으로써, 릴레이 노드의 계산 복잡도를 감소시킬 수 있다.
도 1은 일실시예에 따른 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 시스템에서 적용될 수 있는 두 가지 프로토콜을 나타낸 도면이다.
도 3은 일실시예에 따른 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 시스템에 사용되는 네스티드 래티스 코드 체인의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 릴레이 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 기지국 및 복수의 사용자 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다.
도 6은 일실시예에 따른 릴레이 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다.
도 7은 일실시예에 따른 기지국 및 사용자 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다.
도 8은 일실시예에 따른 릴레이 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 방법의 흐름도이다.
도 9는 일실시예에 따른 기지국에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 방법의 흐름도이다.
이하, 일측에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일실시예에 따른 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 시스템을 나타낸 도면이다.
릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 시스템은 하나의 기지국(base station), 복수의 사용자 노드들 및 하나의 릴레이 노드로 간단하게 표현될 수 있다. 여기서, 하나의 기지국과 복수의 사용자 노드들은 서로 양방향 통신(bi-directional communication)을 수행한다. 예를 들면, 사용자 노드의 개수가 M개라면, 기지국은 M개의 독립 메시지들을 M개의 사용자 노드들에 전송할 수 있고, M개의 사용자 노드들 각각은 M개의 또 다른 독립 메시지들을 기지국에 전송할 수 있다.
이때, 릴레이 노드는 상기 양방향 통신을 돕는 역할을 수행한다. 즉, 기지국은 릴레이 노드를 통하여 M개의 사용자 노드들에 메시지를 전달할 수 있고, M개의 사용자 노드들은 릴레이 노드를 통하여 기지국에 메시지를 전달할 수 있다.
하나의 기지국 및 복수의 사용자 노드들을 포괄하여 멀티노드라고 칭한다.
도 1을 참조하면, 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 시스템은 기지국, 릴레이 노드, 제1 사용자 노드 및 제2 사용자 노드를 포함한다. 여기서, 기지국, 릴레이 노드, 제1 사용자 노드 및 제2 사용자 노드는 동일 채널을 사용하여 메시지를 전송한다.
기지국, 제1 사용자 노드 및 제2 사용자 노드는 릴레이 노드를 통하여 주로메시지를 송수신하지만, 기지국과 제1 사용자 노드, 기지국과 제2 사용자 노드간에도 직접 링크를 통하여 메시지를 송수신할 수 있다.
기지국, 제1 사용자 노드, 제2 사용자 노드 및 릴레이 노드는 반 이중방식(half duplex)으로 신호를 송수신한다. 따라서, 기지국, 제1 사용자 노드, 제2 사용자 노드 및 릴레이 노드는 동시에 신호를 수신하고, 전송할 수 없다.
도 2는 일실시예에 따른 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 시스템에서 적용될 수 있는 두 가지 프로토콜을 나타낸 도면이다.
기지국, 릴레이 노드 및 사용자 노드들의 반 이중방식(half duplex) 특성을 고려하여 두 가지 방식의 통신 프로토콜을 고려할 수 있다. 도 2를 참조하면, (a)는 전구간 다중 접속 브로드캐스트(Full Multiple Access Broadcast, FMABC) 프로토콜이라고 하고, (b)는 부분구간 다중 접속 브로드캐스트(Partial Multiple Access Broadcast, PMABC) 프로토콜이라고 한다.
FMABC 프로토콜은 전 구간에서 기지국 및 사용자 노드들이 메시지를 전송하는 방식이다. (a)를 참조하면, t1 시간 동안 기지국 및 제1 사용자 노드, 제2 사용자 노드, … , 제M 사용자 노드들이 메시지를 릴레이 노드로 전송한다. 기지국은 M개의 독립 메시지를 전송할 수 있고, 각각의 사용자 노드는 하나의 독립 메시지를 전송할 수 있다. 이때, 릴레이 노드는 기지국 및 제1 사용자 노드, 제2 사용자 노드, … , 제M 사용자 노드들이 전송하는 메시지들을 수신한다. t2 시간 동안, 릴레이 노드는 수신한 메시지들을 기지국 및 제1 사용자 노드, 제2 사용자 노드, … , 제M 사용자 노드들에 전송한다.
PMABC 프로토콜은 특정 구간에서 해당하는 사용자 노드만 메시지를 전송하는 방식이다. (b)를 참조하면, 기지국은 t1, t2,…, tM 시간 동안 메시지를 전송하고, 사용자 노드들은 해당 시간 동안만 메시지를 전송한다. 즉, 제1 사용자 노드는 t1 시간 동안만 메시지를 전송하고, 제M 사용자 노드는 tM 시간 동안만 메시지를 전송한다. 따라서, t1 시간 동안, 릴레이 노드는 기지국 및 제1 사용자 노드가 전송하는 메시지들을 수신하고, 나머지 노드들은 기지국에서 전송한 메시지들을 수신한다. tM 시간 까지, 릴레이 노드는 기지국 및 해당 노드가 전송하는 메시지들을 수신한다.
tM+1 시간 동안, 릴레이 노드는 t1, t2,…, tM 시간 동안 수신한 메시지들을 기지국 및 제1 사용자 노드, 제2 사용자 노드, … , 제M 사용자 노드들에 전송한다.
도 3은 일실시예에 따른 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 시스템에 사용되는 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)의 일 예를 나타낸 도면이다.
네스티드 래티스 코드 체인은 FMABC 프로토콜의 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 시스템에서 사용될 수 있다. 네스티드 래티스 코드 체인은 복수의 래티스로 구성되며, 각각의 래티스는 래티스를 구성하는 단위의 사이즈가 서로 다르다.
도 3을 참조하면, 네스티드 래티스 코드 체인은 래티스(310), 래티스(320), 래티스(330)으로 구성된다. 이때, 래티스(310)는 가장 작은 사이즈의 육각형으로 구성되고, 래티스(320)는 래티스(310)보다 좀 더 큰 사이즈의 육각형으로 구성되고, 래티스(330)는 래티스(320)보다 좀 더 큰 사이즈의 육각형으로 구성될 수 있다. 이때, 래티스는 Λ로 표시된다. 래티스(310)는 파인 래티스(fine lattice) Λc 이다. 래티스(320)는 Λ1, 래티스(330)는 Λ2 로 표시될 수 있다.
네스티드 래티스 코드 체인에서, 래티스(330)는 래티스(320)에 포함되고, 래티스(320)는 래티스(310)에 포함된다. 즉, 네스티드 래티스 코드 체인에서 래티스들은 Λ2⊆Λ1⊆Λc 의 관계를 가진다.
또한, 래티스(320)의 내부 영역은 제1 래티스 코드 세트를 의미하며, Λc mod Λ1로 표시된다. 즉, Λc mod Λ1 는 래티스(310)의 영역 중, 래티스(320)에 포함되는 영역을 나타낸다. 래티스(330)의 내부 영역은 제2 래티스 코드 세트를 의미하며, Λc mod Λ2로 표시된다. Λc mod Λ2 는 래티스(310)의 영역 중, 래티스(330)에 포함되는 영역을 나타낸다.
래티스 포인트(311)는 래티스 코드의 코드워드를 나타낸다.
도 4는 일실시예에 따른 릴레이 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다. 좀 더 구체적으로, 도 4는 FMABC 프로토콜에서 릴레이 노드의 역할을 수행하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 릴레이 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 수신부(410), 복호화부(420) 및 전송부(430)를 포함한다.
수신부(410)는 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)과 M개의 사용자 노드들로부터 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)을 이용하여 부호화된 2M개의 신호들을 수신한다. 여기서, 기 설정된 시간은 도 2의 (a)에서, t1을 의미할 수 있다.
기지국은 네스티드 래티스 코드 체인을 이용하여 M개의 독립 전송 메시지들을 부호화한다. 이때, 네스티드 래티스 코드 체인은 2M개의 래티스로 구성될 수 있다. 기지국은 2M개의 래티스 코드들 중에서 M개의 래티스 코드워드들에 M개의 독립 전송 메시지들을 맵핑하여 부호화할 수 있다. 기지국은 M개의 부호화된 신호들을 릴레이 노드에 전송한다.
M개의 사용자 노드들 각각은 네스티드 래티스 코드 체인을 이용하여 1개의독립 전송 메시지를 부호화한다. 이때, 네스티드 래티스 코드 체인은 2M개의 래티스로 구성될 수 있다. M개의 사용자 노드들 각각은 2M개의 래티스 코드들 중에서 1개의 래티스 코드워드에 1개의 독립 전송 메시지를 맵핑하여 부호화할 수 있다. M개의 사용자 노드들 각각이 1개의 독립 전송 메시지를 부호화하므로, 총 M개의 독립 전송 메시지들이 M개의 래티스 코드워드들에 맵핑될 수 있다. M개의 사용자 노드들 각각은 하나의 부호화된 신호를 릴레이 노드에 전송한다.
수신부(410)는 기지국으로부터 M개의 부호화된 신호들을 수신하고, M개의 사용자 노드들로부터 M개의 부호화된 신호들을 수신하므로, 총 2M개의 부호화된 신호들을 수신한다.
수신부(410)는 기지국(base station)과 M개의 사용자 노드들로부터 전송된 신호 Yr을 수신한다. Yr은 기지국으로부터 전송된 M개의 부호화된 신호들, M개의 사용자 노드들로부터 전송된 M개의 부호화된 신호들 및 채널 노이즈를 포함할 수 있다.
래티스 코드 합 신호들을 추정하는 기존의 관련된 기술은 기지국과 1개의 사용자 노드 간에 양방향 통신을 수행하는 경우에 적용되었다. 본 발명은 하나의 기지국과 M개의 사용자 노드들간에 양방향 통신을 수행하는 경우에 래티스 코드 합 신호들을 추정하는 방법을 제안한다.
복호화부(420)는 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 네스티드 래티스 코드 체인에 기초하여, 기지국과 M개의 사용자 노드들 간에 쌍(pairwise)을 이루는 M개의 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 추정한다.
복호화부(420)는 기지국으로부터 수신하는 부호화된 M개의 신호들 및 M개의 사용자 노드들로부터 수신하는 부호화된 M개의 신호들 각각을 추정하지 않는다. 대신, 복호화부(420)는 기지국으로부터 수신하는 부호화된 1개의 신호와, 쌍(pairwise)을 이루는 사용자 노드로부터 수신하는 부호화된 1개의 신호의 벡터 합인 래티스 코드 합 신호를 추정한다. 따라서, 복호화부(420)는 기지국으로부터 수신하는 부호화된 M개의 신호들과 상기 M개의 신호들에 대응하는 사용자 노드들로부터 수신하는 부호화된 M개의 신호들의 벡터합인 M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정한다. 이때, 복호화부(420)는 네스티드 래티스 코드 체인에 기초하여 M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정한다.
예를 들면, 기지국으로부터 수신하는 부호화된 M개의 신호들을 C0,i (1≤i≤M)이라고 하고, M개의 사용자 노드들로부터 수신하는 부호화된 M개의 신호들을 Ci,0 (1≤i≤M)라고 하면, 복호화부(420)는 C0,i , Ci,0 각각을 추정하지 않고, C0,i + Ci,0 인 래티스 코드 합 신호 Ci 를 추정한다.
Decode and Forward(DF) 방식이 2M개의 메시지를 복원하는 것과 달리, 복호화부(420)는 기지국에서 수신한 부호화된 M개의 신호와 M개의 사용자 노드로부터 수신한 부호화된 M개의 신호들의 래티스 코드 합 신호들을 복원함으로써, 총 M개의 메시지를 복원하게 된다. 따라서, 본 발명은 DF 방식에 비해, 계산 복잡도가 감소하고, 신호의 전송 속도를 증가시킬 수 있다.
복호화부(420)는 두 단계를 통해 M개의 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 추정할 수 있다. 즉, 복호화부(420)는 제1 복호화부(421) 및 제2 복호화부(423)를 통하여 M개의 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 추정할 수 있다.
복호화부(420)는 수신신호 Yr로부터 선형조합 신호인 ti를 먼저 추정할 수 있다. 복호화부(420)는 선형조합 신호들의 집합 {ti}로부터 래티스 코드 합 신호인 Ci를 추정할 수 있다. 선형조합 신호들의 집합 {ti}은 Ci의 선형조합으로 형성된 ti를 요소로 하여 구성되기 때문이다.
이때, 래티스 코드 합 신호들의 집합 {Ci} 와 선형조합 신호들의 집합 {ti}의 관계를 정의하기 위해 다음의 식을 사용할 수 있다.
C = [C1,…, Cm] mod Λmax, t = [t1,…,tn] mod Λmax
여기서, C와 t는 Ci와 ti를 요소(element)로 하는 벡터이고, Λmax는 최대 커스 래티스(most coarse lattice)를 의미하고, mod는 모듈러(modulo) 계산을 의미한다. 즉, C 와 t 는 Λmax 영역 안에서 추정될 수 있다. Λmax 영역은 최대 커스 래티스 코드 세트를 의미한다.
커스 래티스(coarse lattice)는 파인 래티스(fine lattice)가 아닌 다른 래티스들을 의미하는데, 최대 커스 래티스(most coarse lattice)는 커스 래티스를 구성하는 단위의 사이즈가 가장 큰 경우를 의미한다. 최대 커스 래티스(most coarse lattice)는 Λmax 로 표시될 수 있다.
또한, C 와 t 사이에는 다음의 선형조합 관계가 성립한다.
t = CG mod Λmax, C = tH mod Λmax, GH = I
여기서, G는 요소(element)가 0 과 1로 이루어진 m x n 생성 매트릭스(generator matrix)이고, H는 요소가 정수로 구성되는 n x m 복원 매트릭스(restore matrix)이고, I는 m x m 단위 매트릭스(identity matrix)이다. 복원 매트릭스는 생성 매트릭스와의 관계에서 단위 매트릭스(identity matrix)를 형성한다. 생성 매트릭스와 복원 매트릭스는 기 설정된다.
예를 들면, G와 H는 m=4일 경우, 다음과 같은 요소를 가질 수 있다.
Figure 112011009989595-pat00001
복호화부(420)는 제1 복호화부(421)를 통하여 수신신호 Yr로부터 선형조합 신호 ti를 추정할 수 있다.
제1 복호화부(421)는 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 최대 커스 래티스 코드 세트(most coarse lattice code set) 범위에서, 기 설정된 생성 매트릭스(generator matrix)의 설정을 기초로, 유클리디안 래티스 복호화(Euclidean lattice decoding)를 수행하여, 선형조합 신호들을 추정할 수 있다.
좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 복호화부(421)는 수신신호 Yr로부터 Yr,i를 생성한다.
Yr = X0 ,1 +…+ X0 ,M + X1 +…+ XM + Zr
Yr,i = (αi·Yr + g1i(u0 ,1+u1 ,0) + … + gMi(u0 ,M+uM ,0)) mod Λmax = (ti + Zi) mod Λmax
여기서, αi 는 임의의 상수로 최소 평균 제곱 에러(Minimum Mean Square Error, MMSE)를 최소화하는 값으로 설정된다. gji 는 생성 매트릭스 G의 j행 i열의 요소(element) 값을 의미한다. u0,i 및 ui,0는 디더(dither) 벡터이다.
또한, Zi = -(1-αi)(g1i(X0 ,1 + X1) +…+ gMi(X0 ,M + XM)) + αi((1-g1i)(X0 ,1 + X1) + …+ (1-gMi)(X0 ,M + XM) + Zr) 이다.
여기서, X0,i 는 기지국에서 전송되는 부호화 된 신호를 의미하고, Xi 는 사용자 노드에서 전송되는 부호화 된 신호를 의미하고, Zr은 전송 채널의 노이즈를 의미한다.
제1 복호화부(421)는 αi 값이 설정되면, Zi 값이 결정되므로, Yr,i 로부터 가장 가까운 래티스 포인트를 추정함으로써, 선형조합 신호 ti를 추정할 수 있다.
Yr,i 로부터 ti를 추정하는 과정은 유클리디안 래티스 복호화(Euclidean lattice decoding)를 통하여 수행될 수 있다.
생성 매트릭스는 1 또는 0을 요소(element)로 하되, 부호화된 2M개의 신호들 중 메시지로 인식하려는 신호들에 대응하는 부분은 상기 1 이 설정되고, 노이즈로 인식하려는 신호들에 대응하는 부분은 상기 0 이 설정된다.
생성 매트릭스의 요소 gji 는 수신신호 Yr에서 부호화된 2M개의 신호들 중 메시지로 인식하려는 신호들이 Yr,i 에서 계산될 수 있도록 1로 설정된다.
또한, 생성 매트릭스는 부호화된 2M개의 신호들 중 최대 커스 래티스 코드 세트(most coarse lattice code set)에 맵핑된 신호들을 메시지로 인식하도록 상기 맵핑된 신호들에 대응하는 부분에 1이 설정된다. 선형조합 신호는 최대 커스 래티스 코드 세트 안에서 추정되므로, 최대 커스 래티스 코드 세트에 맵핑된 신호들이 있는 경우에는, 상기 맵핑된 신호들이 메시지로 인식되어, 선형조합 신호로 계산될 수 있도록 설정되어야 한다. 또한, 위의 설정은 유클리디안 래티스 복호화(Euclidean lattice decoding)를 수행하기 위한 전제가 된다.
제2 복호화부(423)는 추정된 선형조합 신호들을 요소로 하는 선형조합 벡터와 정수 값을 요소로 하는 복원 매트릭스(restore matrix)의 관계에 기초하여 M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정할 수 있다.
제2 복호화부(423)는 C = tH mod Λmax 의 관계식에 기초하여 래티스 코드 합 신호 Ci 를 추정할 수 있다.
전송부(430)는 기 설정된 시간이 경과한 후, M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하여 기지국 및 M개의 사용자 노드들로 전송한다.
여기서, 기 설정된 시간이 경과한 후는 도 2의 (a)에서 t2를 의미할 수 있다. 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하는 과정은 신호를 랜덤 코드워드로 부호화하는 것을 의미한다. 즉, 다양한 방식으로 M개의 래티스 코드 합 신호들은 부호화되어 전송될 수 있다.
도 5는 일실시예에 따른 기지국 및 복수의 사용자 노드들에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다. 좀 더 구체적으로, 도 5는 FMABC 프로토콜에서 기지국 및 복수의 사용자 노드들의 역할을 수행하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다.
도 5를 참조하면, 기지국에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 래티스 부호화부(520), 디더링부(530), 합성부(540) 및 전송부(550)를 포함한다.
래티스 부호화부(520)는 2M개의 래티스(lattice)들로 구성된 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)중 M개의 래티스 코드워드에 M개의 전송 메시지(510)를 맵핑하여, M개의 부호화 신호들을 생성한다.
M개의 전송 메시지(510)는 W0,1,…,W0,M으로 표현될 수 있다. M개의 부호화 신호들은 C0,1,…,C0,M으로 표현될 수 있다.
네스티드 래티스 코드 체인은 기지국, 릴레이 노드 및 M개의 사용자 노드들 간에 동일하게 설정되므로, 기지국 및 M개의 사용자 노드들은 네스티드 래티스 코드 체인을 이용하여 M개의 전송 메시지들을 부호화할 수 있고, 릴레이 노드는 동일한 네스티드 래티스 코드 체인을 이용하여 M개의 래티스 코드 합 신호들을 복호화할 수 있다.
네스티드 래티스 코드 체인은 사이즈가 다른 2M개의 래티스(lattice)들로 구성된다. 2M개의 래티스들 중에서 사이즈가 큰 래티스는 사이즈가 작은 래티스를 포함한다.
디더링부(530)는 M개의 부호화 신호들에 대하여, 전송 채널의 전력 제약(constraint)조건을 만족하도록 디더링(dithering)을 수행하여, M개의 전송 신호들을 생성한다.
디더링부(530)는 M개의 부호화 신호들 C0,1,…,C0,M 에 대하여, 디더(dither) 벡터를 더하거나 빼서, M개의 전송 신호들을 생성한다. M개의 전송 신호들은 X0,1,…,X0,M으로 표현될 수 있다.
또한, M개의 전송 신호들은 다음의 관계식으로 표현될 수 있다.
X0 ,i =(C0 ,i - U0 ,i) mod Λ0,i
여기서, X0 ,i 는 i 번째 전송 신호, U0 ,i 는 디더 벡터, Λ0,i 는 네스티드 래티스 코드 체인에서 기지국이 i번째 전송 메시지를 맵핑하는 i번째 래티스를 의미한다. 즉, 전송 신호는 각 해당 래티스의 코드워드에 맵핑된 부호화 신호에 디더링을 수행함으로써 생성된다.
합성부(540)는 M개의 전송신호들을 하나의 출력신호로 합성한다. 출력신호는 X0으로 표현될 수 있다. 즉, X0 = X0,1+…+X0,M 이다.
전송부(550)는 하나의 출력신호를 소정의 시간 동안 릴레이 노드로 전송한다. 전송부(550)는 X0 를 릴레이 노드로 전송한다.
M개의 사용자 노드들은 전송 메시지들(560)을 래티스 부호화(570)하고, 디더링을 수행하여 전송 신호들(580)을 생성할 수 있다. 제1 사용자 노드는 전송 메시지 W1,0을 래티스 부호화하여 부호화 신호 C1,0을 생성하고, 부호화 신호 C1,0에 디더링을 수행하여 전송 신호 X1을 생성할 수 있다. 또한, 제M 사용자 노드는 전송 메시지 WM,0을 래티스 부호화하여 부호화 신호 CM,0을 생성하고, 부호화 신호 CM,0에 디더링을 수행하여 전송 신호 XM을 생성할 수 있다.
기지국의 전송부(550)에서 전송한 전송 신호 X0, M개의 사용자 노드들로부터 전송된 전송 신호들 X1,…,XM 및 채널(590)의 노이즈는 동일 채널(590)에서 합성되어, 합성된 신호 Yr이 릴레이 노드로 전달된다. 즉, Yr = X0 + X1 +…+ XM + Zr
도 6은 일실시예에 따른 릴레이 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다. 좀 더 구체적으로, 도 6은 PMABC 프로토콜에서 릴레이 노드의 역할을 수행하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다.
도 6을 참조하면, 릴레이 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 수신부(610), 복호화부(620) 및 전송부(630)를 포함한다.
수신부(610)는 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)으로부터 래티스 코드(lattice code)를 이용하여 부호화된 하나의 신호 및 브로드캐스트 부호화된 M-1개의 신호들을 수신한다. 또한, 수신부(610)는 상기 기 설정된 시간 동안 M개의 사용자 노드들 중 하나의 사용자 노드로부터 상기 래티스 코드를 이용하여 부호화된 신호를 수신한다.
수신부(610)는 서로 다른 복수의 기 설정된 시간 동안, 기지국으로부터 래티스 코드를 이용하여 부호화된 M개의 신호들을 수신하고, M개의 사용자 노드들로부터 상기 래티스 코드를 이용하여 부호화된 M개의 신호들을 수신한다.
수신부(610)는 t1 시간 동안 Yr1 신호(611)를 수신한다. 여기서, t1은 도 2의 (b)에서 t1과 동일하다. 수신부(610)는 tM 시간 동안 YrM 신호(613)를 수신한다. 여기서, tM은 도 2의 (b)에서 tM과 동일하다. Yr1 신호(611)는 기지국으로부터 생성된 전송 신호 X0와 제1 사용자 노드로부터 생성된 전송신호 X1 및 채널의 노이즈 Zr로 구성된다. 이때, 전송 신호 X0 는 래티스 코드(lattice code)를 이용하여 부호화된 하나의 신호에 디더링을 수행하여 생성된 전송신호와, 코스타 더티 페이퍼 코딩을 이용하여 생성된 하나의 신호를 합성하여 생성될 수 있다.
복호화부(620)는 기지국으로부터 수신한 부호화된 하나의 신호 및 M개의 사용자 노드들 중 하나의 사용자 노드로부터 수신한 부호화된 신호에 대하여 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호를 추정한다. 이때, 복호화부(620)는 래티스 코드 세트를 이용하여 래티스 코드 합 신호를 추정할 수 있다.
복호화부(620)는 기지국으로부터 수신하는 M개의 신호들 및 상기 M개의 신호들에 대응하는 M개의 사용자 노드들로부터 수신하는 M개의 신호들에 대하여, M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정한다.
복호화부(620)는 Yr1 신호(611)에 대하여, 래티스 코드 합 신호를 추정하여 제1 복호화(621)를 수행한다. 복호화부(620)는 YrM 신호(613)에 대하여, 래티스 코드 합 신호를 추정하여 제2 복호화(623)를 수행한다.
전송부(630)는 서로 다른 복수의 기 설정된 시간이 경과한 후, M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하여 기지국 및 M개의 사용자 노드들로 전송한다. 여기서, 서로 다른 복수의 기 설정된 시간이 경과한 후는 도 2의 (b)에서 tM+1 에 해당한다. 전송부(630)는 M개의 래티스 코드 합 신호들에 코스타 더티 페이퍼 부호화(costa's dirty paper encoding)를 수행한 후, 부호화 된 신호들을 전송할 수 있다.
도 7은 일실시예에 따른 기지국 및 사용자 노드들에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다. 좀 더 구체적으로, 도 7은 PMABC 프로토콜에서 기지국 및 복수의 사용자 노드들의 역할을 수행하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치의 블록도이다.
도 7을 참조하면, 기지국에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치는 래티스 부호화부(720), 일반 부호화부(730), 디더링부(740), 브로드 캐스트부(745) 및 합성부(750)를 포함한다.
래티스 부호화부(720)는 M개의 전송 메시지들(710) 중에서 래티스 코드워드에 하나의 전송 메시지를 맵핑하여, 래티스 부호화 신호를 생성한다.
여기서, 상기 하나의 전송 메시지는 W0,i로 표현될 수 있고, 래티스 부호화 신호는 C0,i로 표현될 수 있다.
래티스 부호화부(720)는 M개의 전송 메시지들(710) 중에서, 제 i 사용자 노드에 전송하려는 전송 메시지 W0,i를 래티스 부호화하여, 래티스 부호화 신호 C0,i를 생성할 수 있다.
일반 부호화부(730)는 M개의 전송 메시지들 중에서 래티스 부호화된 메시지를 제외한 나머지 M-1개의 전송 메시지들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하여, M-1개의 일반 부호화 신호들을 생성한다.
여기서, 래티스 부호화된 메시지를 제외한 나머지 M-1개의 전송 메시지들은 W0,i를 제외한 W0 ,1,…,W0 ,M으로 표현될 수 있고, M-1개의 일반 부호화 신호들은 U0 ,1,…,U0 ,M으로 표현될 수 있다.
일반 부호화부(730)는 나머지 M-1개의 전송 메시지들을 랜덤 코딩(random coding)하여, M-1개의 일반 부호화 신호들을 생성할 수 있다.
디더링부(740)는 래티스 부호화 신호에 대하여, 신호 전송 채널의 전력 제약(constraint)조건을 만족하도록 디더링(dithering)을 수행하여, 1개의 전송 신호를 생성한다.
디더링부(740)는 래티스 부호화 신호 C0,i에 디더링을 수행하여, 전송 신호 X0,i를 생성한다.
브로드캐스트부(745)는 M-1개의 일반 부호화 신호 U0 ,1,…,U0 ,M에 코스타 더티 페이퍼 코딩(costa's dirty paper coding) 기법을 사용하여, 1개의 전송 신호 X0 , ii를 생성할 수 있다
합성부(750)는 상기 2개의 전송신호들을 하나의 출력신호로 합성한다. 즉, 합성부(750)는 2개의 전송 신호들, X0,i, X0,ii 를 합성하여 출력신호 X0를 생성한다.
기지국이 출력신호 X0를 생성하는 동안, 제i 사용자 노드는 전송 메시지 Wi,0(760)를 래티스 부호화(770)하여 래티스 부호화 신호 Ci,0를 생성하고, 디더링을 수행하여 전송 신호 Xi를 생성한다.
기지국의 출력신호 X0와 제i 사용자 노드의 전송 신호 Xi 및 채널(780)의 노이즈 Zr은 동일 채널(780)에서 합성되어, 합성된 신호 Yri이 릴레이 노드로 전달된다.
또한, 기지국의 출력신호 X0와 제i 사용자 노드의 전송 신호 Xi 및 제1 사용자 노드로의 노이즈 Z1은 동일 채널(780)에서 합성되어, 합성된 신호 Y1이 제1 사용자 노드에 전달된다. 또한, 기지국의 출력신호 X0와 제i 사용자 노드의 전송 신호 Xi 및 제M 사용자 노드로의 노이즈 ZM은 동일 채널(780)에서 합성되어, 합성된 신호 YM이 제M 사용자 노드에 전달된다.
도 8은 일실시예에 따른 릴레이 노드에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 방법의 흐름도이다.
810단계에서, 릴레이 노드는 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)과 M개의 사용자 노드들로부터 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)을 이용하여 부호화된 2M개의 신호들을 수신한다.
820단계에서, 릴레이 노드는 상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 상기 네스티드 래티스 코드 체인에 기초하여, 상기 기지국과 상기 M개의 사용자 노드들 간에 쌍(pairwise)을 이루는 M개의 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 추정한다.
이때, 릴레이 노드는 상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 최대 커스 래티스 코드 세트(most coarse lattice code set) 범위에서, 기 설정된 생성 매트릭스(generator matrix)의 설정을 기초로, 유클리디안 래티스 복호화(Euclidean lattice decoding)를 수행하여, 선형조합 신호들을 추정한다.
릴레이 노드는 추정된 선형조합 신호들을 요소로 하는 선형조합 벡터와 정수 값을 요소로 하는 복원 매트릭스(restore matrix)의 관계에 기초하여 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정한다.
830단계에서, 릴레이 노드는 상기 기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화한다.
840단계에서, 릴레이 노드는 상기 부호화된 M개의 신호들을 상기 기지국 및 상기 M개의 사용자 노드들로 전송한다.
릴레이 노드는 도 4에서 설명된 방식으로 M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정하고, 부호화된 M개의 신호들을 기지국 및 M개의 사용자 노드들로 전송한다.
도 9는 일실시예에 따른 기지국에 대응하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 방법의 흐름도이다.
910단계에서, 기지국은 2M개의 래티스(lattice)들로 구성된 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)중 M개의 래티스 코드워드에 M개의 전송 메시지를 맵핑하여, M개의 부호화 신호들을 생성한다.
920단계에서, 기지국은 상기 M개의 부호화 신호들에 대하여, 전송 채널의 전력 제약(constraint)조건을 만족하도록 디더링(dithering)을 수행하여, M개의 전송 신호들을 생성한다.
930단계에서, 기지국은 상기 M개의 전송신호들을 하나의 출력신호로 합성한다.
기지국은 도 5에서 설명된 방식으로 M개의 부호화 신호들을 생성하고, M개의 전송 신호들을 생성한다.
상술한 방법들은 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.
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 정해져야 한다.

Claims (15)

  1. 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)과 M개의 사용자 노드들로부터 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)을 이용하여 부호화된 2M개의 신호들을 수신하는 수신부;
    상기 부호화된 2M개의 신호들의 선형조합 신호들을 추정하고, 상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, M개의 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 복원 매트릭스 및 상기 추정된 선형조합 신호들 간의 관계에 기초하여 추정하는 복호화부; 및
    상기 기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하여 상기 기지국 및 상기 M개의 사용자 노드들로 전송하는 전송부
    를 포함하고,
    상기 M개의 래티스 코드 합 신호들은 상기 네스티드 래티스 코드 체인에 기초하여 상기 기지국과 상기 M개의 사용자 노드들 간에 쌍(pairwise)을 이루는,
    릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복호화부는
    상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 최대 커스 래티스 코드 세트(most coarse lattice code set) 범위에서, 기 설정된 생성 매트릭스(generator matrix)의 설정을 기초로, 유클리디안 래티스 복호화(Euclidean lattice decoding)를 수행하여, 선형조합 신호들을 추정하는 제1 복호화부; 및
    상기 추정된 선형조합 신호들을 요소로 하는 선형조합 벡터와 정수 값을 요소로 하는 상기 복원 매트릭스(restore matrix)의 관계에 기초하여 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정하는 제2 복호화부
    를 포함하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 생성 매트릭스는 1 또는 0을 요소(element)로 하되, 상기 부호화된 2M개의 신호들 중 메시지로 인식하려는 신호들에 대응하는 부분은 상기 1 이 설정되고, 노이즈로 인식하려는 신호들에 대응하는 부분은 상기 0 이 설정되고,
    상기 복원 매트릭스는 상기 생성 매트릭스와의 관계에서 단위 매트릭스(identity matrix)를 형성하는
    릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 생성 매트릭스는
    상기 부호화된 2M개의 신호들 중 상기 최대 커스 래티스 코드 세트(most coarse lattice code set)에 맵핑된 신호들을 메시지로 인식하도록 상기 맵핑된 신호들에 대응하는 부분에 1이 설정된
    릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)으로부터 래티스 코드(lattice code)를 이용하여 부호화된 하나의 신호 및 브로드캐스트 부호화된 M-1개의 신호들을 수신하고, M개의 사용자 노드들 중 하나의 사용자 노드로부터 상기 래티스 코드를 이용하여 부호화된 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 M개의 사용자 노드들 중 하나의 사용자 노드 및 상기 기지국으로부터 수신된 상기 부호화된 신호들의 선형조합 신호들을 추정하고, 상기 기지국으로부터 수신한 상기 부호화된 하나의 신호 및 상기 M개의 사용자 노드들 중 하나의 사용자 노드로부터 수신한 상기 부호화된 신호에 대하여 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호를 복원 매트릭스 및 상기 추정된 선형조합 신호들 간의 관계에 기초하여 추정하는 복호화부
    를 포함하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수신부는 서로 다른 복수의 기 설정된 시간 동안, 상기 기지국으로부터 래티스 코드를 이용하여 부호화된 M개의 신호들을 수신하고, 상기 M개의 사용자 노드들로부터 상기 래티스 코드를 이용하여 부호화된 M개의 신호들을 수신하고,
    상기 복호화부는 상기 기지국으로부터 수신하는 M개의 신호들 및 상기 M개의 신호들에 대응하는 상기 M개의 사용자 노드들로부터 수신하는 M개의 신호들에 대하여, M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정하는
    릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치
  11. 제10항에 있어서,
    상기 서로 다른 복수의 기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하여 상기 기지국 및 상기 M개의 사용자 노드들로 전송하는 전송부
    를 더 포함하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 장치
  12. 삭제
  13. 기 설정된 시간 동안 기지국(base station)과 M개의 사용자 노드들로부터 네스티드 래티스 코드 체인(nested lattice code chain)을 이용하여 부호화된 2M개의 신호들을 수신하는 단계;
    상기 부호화된 2M개의 신호들의 선형조합 신호들을 추정하는 단계;
    상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, M개의 래티스 코드 합(lattice code sum) 신호들을 복원 매트릭스 및 상기 추정된 선형조합 신호들 간의 관계에 기초하여 추정하는 단계;
    상기 기 설정된 시간이 경과한 후, 상기 추정된 M개의 래티스 코드 합 신호들을 브로드캐스팅 코드워드로 부호화하는 단계; 및
    상기 부호화된 M개의 신호들을 상기 기지국 및 상기 M개의 사용자 노드들로 전송하는 단계
    를 포함하고,
    상기 M개의 래티스 코드 합 신호들은 상기 네스티드 래티스 코드 체인에 기초하여, 상기 기지국과 상기 M개의 사용자 노드들 간에 쌍(pairwise)을 이루는,
    릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 선형조합 신호들을 추정하는 단계는,
    상기 부호화된 2M개의 신호들에 대하여, 최대 커스 래티스 코드 세트(most coarse lattice code set) 범위에서, 기 설정된 생성 매트릭스(generator matrix)의 설정을 기초로, 유클리디안 래티스 복호화(Euclidean lattice decoding)를 수행하여, 선형조합 신호들을 추정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 복원 매트릭스 및 상기 추정된 선형조합 신호들 간의 관계에 기초하여 추정하는 단계는,
    상기 추정된 선형조합 신호들을 요소로 하는 선형조합 벡터와 정수 값을 요소로 하는 상기 복원 매트릭스(restore matrix)의 관계에 기초하여 상기 M개의 래티스 코드 합 신호들을 추정하는 단계
    를 포함하는 릴레이노드를 이용한 멀티노드 간 양방향 통신 방법.
  15. 삭제
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