KR101951144B1

KR101951144B1 - 비직교 다중접속 시스템을 위한 협력적 직접 전송 및 중계 전송 방법

Info

Publication number: KR101951144B1
Application number: KR1020180050459A
Authority: KR
Inventors: 곽경섭
Original assignee: 인하대학교 산학협력단
Priority date: 2018-05-02
Filing date: 2018-05-02
Publication date: 2019-02-21

Abstract

비직교 다중접속 시스템을 위한 협력적 직접 전송 및 중계 전송 방법이 개시된다. 기지국, 중계 장치 및 복수의 사용자 단말들이 네트워크를 형성하는 비직교 다중접속 시스템의 협력적 직접 및 중계 전송 방법에 있어서, 상기 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 및 기지국에 속하는 중계 장치를 대상으로 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 제1 시간 슬롯에 수신하는 단계, 상기 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 상기 중계 장치에서 수신한 이후, 상기 중계 장치를 통해 다시 상기 복수의 사용자 단말들을 대상으로 전송한 신호를 제2 시간 슬롯에 수신하는 단계, 및 상기 제1 시간 슬롯에 수신된 신호와 상기 제2 시간 슬롯에 수신된 신호를 선형 결합(linear combination)하여 상기 기지국에서 브로드캐스트한 원하는 신호(desired signal)를 복원하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

비직교 다중접속 시스템을 위한 협력적 직접 전송 및 중계 전송 방법{A Coordinated Direct and Relay Transmission for Cooperative Non-Orthogonal Multiple Access Systems}

본 발명의 실시예들은 비직교 다중접속 시스템(Non-Orthogonal Multiple Access System, NOMA)에서의 협력적 직접 전송 및 중계 전송(Coordinated Direct and Relay Transmission, CDRT) 기술에 관한 것이다.

비직교 다중접속 시스템(NOMA)은 5G 네트워크를 위한 유망한 다중접속 기술로 기대되고 있다. 아래의 비특허 문헌 [1] S. Lee, D. B. da Costa, and T. Q. Duong, "Outage probability of non-orthogonal multiple access schemes with partial relay selection," in Proc . IEEE 26th PIMRC , Valencia, Spain, 4-8 Sept. 2016, pp. 1-6.에 제시된 협력적 NOMA(cognitive NOMA)와 같이, 기지국과 사용자 단말 간의 직접 링크(direct link)를 무시할 수 없을 때, 직접 링크를 포함하는 조정된 전송은 협력적 NOMA(cooperative NOMA)의 성능을 크게 향상시킨다.

기존의 NOMA-DF(decode-and-forward) 방식과 NOMA 방식을 비교하면, CDRT 기법은 아웃티치 성능(outage performance)이 개선되고, ergodic sum rate이 증가한다. 그러나, 조정된 전송에서의 주요 과제는 간섭 제거를 위한 부가 정보를 획득하는 것이나, 부가 정보는 협력적 NOMA 시스템에서 대규모 연결성(massive connectivity)으로 인해 엄청난 오버헤드를 발생시킨다. 그리고, 조정된 2-point 시스템에서, 부가 정보는 수신측뿐만 아니라 송신측에서도 필요하다.

한국공개특허 제10-2015-0181684호는 무선 통신 시스템에서 비직교 다중 접속을 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 다중 안테나를 기반으로 제1 단말의 채널 정보, 제2 단말의 채널 정보, 각 단말에 할당된 전력을 기반으로 복수의 전송 모드들 중 채널 용량이 가장 큰 전송 모드를 결정하고, 결정된 전송 모드는 비직교 다중 접속을 포함하는 기술을 개시하고 있다.

[1] S. Lee, D. B. da Costa, and T. Q. Duong, "Outage probability of non-orthogonal multiple access schemes with partial relay selection," in Proc. IEEE 26th PIMRC, Valencia, Spain, 4-8 Sept. 2016, pp. 1-6. [2] Z. Yang, Z. Ding, Y. Wu, and P. Fan, "Novel relay selection stratiges for cooperative NOMA," IEEE Trans. Veh. Technol., vol. PP, no. PP, pp. 1-10, Nov. 2017. [3] Z. Ding, H. Dai, and H. V. Poor, "Relay selection for cooperative NOMA," IEEE Wireless Commun. Lett., vol. 5, no. 4, pp. 416-419, Aug. 2016. [4] V. Tarokh, H. Jafarkhani, and A. R. Calderbank, "Space-time block codes from orthogonal designs," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 45, no. 5, pp. 1456-1467, Jul. 1999.

본 발명은 기지국으로부터 복수의 사용자 단말들로의 무시할 수 없는 직접 링크와 중계 장치와 단말들 간의 중계 링크를 이용하여 사용자 단말에서 수신된 신호를 대상으로 디코딩을 수행하는, 협력적 비직교 다중접속 시스템(cooperative NOMA)을 위한 직접 전송 및 중계 전송(CDRT) 기술에 관한 것이다. 즉, 복수의 사용자 단말들과 기지국 간에 형성된 직접적으로 형성된 채널을 중계 장치(relay)와 단말 간에 형성된 채널에 대한 직교 송신 브랜치로 이용하는 기술에 관한 것이다.

또한, 연속적인 간섭 제거를 수행하는 대신, 사용자 단말에서 원하는 신호(desired signal)를 복호화하기 위해, 선형 결합(linear combination)을 이용하는 기술에 관한 것이다.

기지국, 중계 장치 및 복수의 사용자 단말들이 네트워크를 형성하는 비직교 다중접속 시스템의 협력적 직접 및 중계 전송 방법에 있어서, 상기 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 및 기지국에 속하는 중계 장치를 대상으로 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 제1 시간 슬롯에 수신하는 단계, 상기 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 상기 중계 장치에서 수신한 이후, 상기 중계 장치를 통해 다시 상기 복수의 사용자 단말들을 대상으로 전송한 신호를 제2 시간 슬롯에 수신하는 단계, 및 상기 제1 시간 슬롯에 수신된 신호와 상기 제2 시간 슬롯에 수신된 신호를 선형 결합(linear combination)하여 상기 기지국에서 브로드캐스트한 원하는 신호(desired signal)를 복원하는 단계를 포함할 수 있다.

일측면에 따르면, 상기 원하는 신호를 복원하는 단계는, 상기 제1 타임 슬롯에서 수신된 신호의 디코딩(decoding)을 상기 제2 타임 슬롯에서 신호가 수신될 때까지 대기하였다가 디코딩을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 측면에 따르면, 상기 제2 타임 슬롯에서 수신된 신호는, 상기 중계 장치에서 상기 기지국으로부터 수신된 신호를 기반으로 디코딩한 신호, 송신 전력 및 전력 할당 계수에 기초하여 재구성된 중첩 신호(superposition signal)를 나타낼 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 전력 할당 계수는, 상기 송신 전력 할당을 위해 미리 지정된 0과 1로 고정된(fixed) 값을 포함할 수 있다.

또 다른 측면에 따르면, 상기 전력 할당 계수는, 상기 기지국으로부터 상기 복수의 사용자 단말들 중 어느 하나의 기본 단말(Primary User)로의 채널 정보와 상기 중계 장치로부터 상기 기본 단말로의 채널 정보 간의 크기 비교 결과에 따라 서로 다른 값으로 결정될 수 있다.

협력적 직접 및 중계 전송 방법을 수행하는 비직교 다중접속 시스템에 있어서, 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 및 기지국에 속하는 중계 장치를 대상으로 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 제1 시간 슬롯에 수신하고, 상기 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 상기 중계 장치에서 수신한 이후, 상기 중계 장치를 통해 다시 상기 복수의 사용자 단말들을 대상으로 전송한 신호를 제2 시간 슬롯에 수신하는 신호 수신부, 및 상기 제1 시간 슬롯에 수신된 신호와 상기 제2 시간 슬롯에 수신된 신호를 선형 결합(linear combination)하여 상기 기지국에서 브로드캐스트한 원하는 신호(desired signal)를 복원하는 신호 복원부를 포함할 수 있다.

본 발명은 기지국으로부터 복수의 사용자 단말들로의 무시할 수 없는 직접 링크와 중계 장치와 단말들 간의 중계 링크를 이용하여 사용자 단말에서 수신된 신호를 대상으로 디코딩을 수행함으로써, 협력적 NOMA 시스템에서 조정된 전송을 위해 직접 및 중계 링크(즉, 채널)을 통합시킬 수 있다.

또한, 연속적인 간섭 제거를 수행하는 대신, 사용자 단말에서 선형 결합(linear combination)을 이용하여 원하는 신호(desired signal)를 복원함으로써, 부가 정보를 획득하지 않아도 되어 오버헤드를 감소시킬 수 있다. 즉, 대규모 연결성(massive connectivity)를 지원하는 네트워크에 적용 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 협력적 NOMA 시스템의 네트워크 환경을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 협력적 직접 및 중계 전송 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 사용자 단말의 내부 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 기지국의 블록 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 중계 장치의 블록 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 사용자 단말의 블록 구조를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시예들은 비직교 다중접속 시스템(NOMA)에서의 협력적 직접 전송 및 중계 전송 방법(CDRT)을 제공하는 기술에 관한 것으로서, 특히, 기지국과 사용자 단말 간에 형성된 채널(즉, 직접 링크)을 최대한 활용하여 사용자 단말에서 수신된 신호를 복원하는 기술에 관한 것이다. 즉, 기지국과 사용자 단말 간에 형성된 채널 및 기지국과 사용자 단말 사이에서 신호의 전송을 중계하는 중계 장치로부터 사용자 단말 사이에 형성된 채널을 협력적으로 통합 이용하여 사용자 단말을 대상으로 기지국에서 전송한 신호를 사용자 단말에서 효과적으로 복원하는 기술에 관한 것이다.

본 실시예들에서는 사용자 단말이 2개인 네트워크 환경을 가정하나, 이는 실시예에 해당되며, 기지국에 속한 사용자 단말은 3개 이상 존재할 수 있다.

본 실시예들에서, 기지국, 중계 장치, 사용자 단말들 각각은 하나의 안테나를 장착한 경우를 가정하며, 반이중 방식(half-duplex mode)로 동작함을 가정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 협력적 NOMA 시스템의 네트워크 환경을 도시한 도면이다.

도 1을 참고하면, 협력적 NOMA 시스템(100)은 기지국(110), 중계 장치(120), 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들(130, 140)을 포함할 수 있다.

중계 장치(120)는 기지국(110) 및 사용자 단말들(130, 140) 사이에 신호 전송을 중계하는 장치로서, 기지국(110)의 커버리지(coverage) 내에 위치할 수 있다.

도 1에서,

은 기지국(110)으로부터 중계 장치(120) 간에 형성된 채널의 채널 정보를 나타내고,

는 기지국(110)으로부터 사용자 단말들(130, 140) 각각 간에 형성된 채널 정보(즉, 직접 링크)를 나타내고,

는 중계 장치(120)로부터 사용자 단말들(130, 140) 각각 간에 형성된 채널 정보(즉, 중계 링크)를 나타낼 수 있다. 도 1에서 i는 사용자 단말을 나타내는 것으로서, 사용자 단말이 2개인 경우, i는 1, 2를 포함할 수 있다.

모든 수신측(즉, 사용자 단말들 및 중계 장치)에서 백색 가우시안 잡음(AWGN)은 평균이 0(zero mean)이면서 분산

을 가지며, 사용자 단말을 위한 정보 신호(즉, 원하는 신호(desired signal))는

로 표현될 수 있다. 이때,

는

을 만족하는 신호에 해당할 수 있다.

위의 비특허 문헌 [2] Z. Yang, Z. Ding, Y. Wu , and P. Fan, "Novel relay selection stratiges for cooperative NOMA ," IEEE Trans. Veh . Technol ., vol. PP, no. PP, pp. 1-10, Nov. 2017. 및 [3] Z. Ding, H. Dai , and H. V. Poor, "Relay selection for cooperative NOMA ," IEEE Wireless Commun . Lett ., vol. 5, no. 4, pp. 416-419, Aug . 2016.에 제시된 QoS 기반 사용자 페어링을 이용하고, 사용자 단말 1 U₁이 목표 처리량은 낮으나 적절한 서비스를 요구하고, 사용자 단말 2 U₂는 사용자 단말 1 U₁보다 지연(delay) 허용은 높지만 더 높은 처리량을 요구함을 가정할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 협력적 직접 및 중계 전송 방법을 도시한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 사용자 단말의 내부 구성을 도시한 블록도이다.

비직교 다중 접속 시스템은 기지국, 중계 장치, 사용자 단말로 구성됨에 따라, 비직교 다중 접속 시스템이 기지국에서 구현된 경우, 기지국은 비직교 다중 접속 시스템으로 표현 가능하고, 사용자 단말에서 구현된 경우 사용자 단말로 표현될 수 있다. 마찬가지로, 비직교 다중 접속 시스템이 중계 장치에서 구현된 경우, 중계 장치로 표현될 수 있다.

도 3에 따르면, 사용자 단말(300)은 신호 수신부(310) 및 신호 복원부(320)를 포함할 수 있다. 그리고, 도 2의 각 단계들(210 내지 230 단계)은 도 3의 사용자 단말(300)의 구성 요소인 신호 수신부(310) 및 신호 복원부(320)에 의해 수행될 수 있다. 사용자 단말(300)은 신호 수신부(310) 및 신호 복원부(320) 이외에 기능에 따른 추가적인 구성 요소를 더 포함할 수도 있다. 예컨대, RF 처리를 위한 RF 신호 처리부, 변조 기능을 위한 변조부 등을 더 포함할 수 있다.

210 단계에서, 신호 수신부(310)는 기지국(301)에서 브로드캐스트한 신호를 제1 시간 슬롯(first time slot)에서 수신할 수 있다.

예를 들어, 기지국(301)은, 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 및 기지국(301)에 속하는 중계 장치(302)로 신호를 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다. 그러면, 제1 시간 슬롯에서, 신호 수신부(310)는 기지국(301)과 사용자 단말 간에 형성된 채널을 통해 상기 신호를 수신할 수 있다. 즉, 중계 장치를 거치지 않고 기지국(301)으로부터의 신호를 직접 수신할 수 있다.

220 단계에서, 신호 수신부(320)는 기지국(301)에서 브로드캐스트한 신호를 중계 장치(302)에서 수신한 이후, 중계 장치(302)를 통해 다시 복수의 사용자 단말들을 대상으로 전송한 신호를 제2 시간 슬롯(second time slot)에 수신할 수 있다. 여기서, 제2 타입 슬롯에서 수신된 신호는, 중계 장치(302)에서 기지국(301)으로부터의 신호를 수신하여 디코딩한 신호, 송신 정력 및 전력 할당 계수에 기초하여 재구성된 중첩 신호(superposition signal)를 나타낼 수 있다.

예를 들어, 기지국(301)은, 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 및 기지국(301)에 속하는 중계 장치(302)로 신호를 브로드캐스트(broadcast)할 수 있다. 그러면, 중계 장치(302)는 기지국(301)에서 전송한 신호를 수신할 수 있다. 그리고, 수신된 신호를 대상으로 복조 및 디코딩한 후, 신호를 다시 재구성할 수 있다. 재구성된 신호를 대상으로 채널 코딩 및 RF 신호 처리 후 안테나를 통해 사용자 단말로 전송할 수 있다. 이처럼, 중계 장치(302)에서의 신호 처리로 인해 중계 장치(302)를 통해 사용자 단말(300)로 전송되는 신호는, 기지국(301)에서 사용자 단말(300)로 직접 전송되는 신호 대비 시간차가 존재할 수 있다. 이에 따라, 신호 수신부(310)는 제1 시간 슬롯에 기지국(301)에서 전송한 신호를 직접 수신한 이후, 제2 시간 슬롯에서, 기지국(301)에서 전송한 신호를 중계 장치(302)를 통해 수신할 수 있다.

330 단계에서, 신호 복원부(320)는, 제1 시간 슬롯에 수신된 신호와 제2 시간 슬롯에 수신된 신호를 선형 결합(linear combination)함으로써 기지국(301)에서 브로드캐스트한 원하는 신호(desired signal)를 복원할 수 있다. 이때, 신호 복원부(320)는 제2 시간 슬롯에서, 중계 장치(302)로부터 신호가 수신될 때까지 제1 시간 슬롯에서 상기 기지국(301)으로부터 직접 수신된 신호를 디코딩하지 않고 대기(waiting)할 수 있다. 그리고, 제2 시간 슬롯에서 신호가 수신되면, 제1 시간 슬롯에서 수신된 신호와 함께 선형 결합하여 디코딩을 수행할 수 있다. 즉, 신호 복원부(320)는, 원하는 신호(desired signal)를 복원하기 위해 기지국(301)으로부터 수신된 신호뿐만 아니라 중계 장치(302)로부터 수신된 신호를 함께 이용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 기지국의 블록 구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참고하면, 410에서, 기지국(301)은 복수의 사용자 단말들 각각으로 전송하고자 하는 소스 신호(source information)를 대상으로 전송을 위한 전처리를 수행할 수 있다.

420에서, 기지국(301)는 전처리된 신호를 대상으로 에러 코딩(error coding) 및 채널 코딩(channel coding)을 수행할 수 있다. 예컨대, 컨벌루셔널 코딩, 블록 코딩 등의 에러 코딩 및 채널 코딩을 수행할 수 있다.

430 에서, 기지국(301)은 채널 코딩된 신호를 대상으로 변조를 수행할 수 있다. 예컨대, QPSK ,16-QAM 등의 변조를 수행할 수 있다.

440 단계에서, 기지국(301)은 변조된 신호를 대상으로 전력 도메인(power-domain)에서 중첩 신호(superposition signal)로 구성한 이후, 450 에서, RF 처리(frequency up-conversion and RF processing) 후 안테나를 통해 브로드캐스트할 수 있다.

일례로, 안테나를 통해 기지국(301)에 속하는 사용자 단말(300) 및 중계 장치(302)로 브로드캐스트 되는 중첩 신호(superposition signal)는

로 표현될 수 있다. 즉, 상기 중첩 신호

는 제1 타입 슬롯에 사용자 단말(300)에서 수신될 수 있다. 여기서, P는 전송 전력을 나타내고,

는 전력 할당 계수를 나타내는 것으로서,

및

를 만족할 수 있다.

특정 사용자 단말(예컨대, 사용자 단말 i)의 전력 할당 계수가 1인 것은(

)은 기지국(301)의 모든 전송 전력을 사용자 단말 i로 전송하고자 하는 신호(

)에 할당하는 것을 나타내는 것으로서, 직접 전송 및 중계 전송(CDRT)을 위해 허용될 수 있다.

이처럼, 기지국(301)에서 상기 중첩 신호

를 안테나를 통해 전송하면, 중계 장치(302)에서 수신된 신호는 아래의 수학식 1, 사용자 단말(300)에서 수신된 신호는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 1]

[수학식 2]

위의 수학식 1 및 수학식 2에서,

는 각각 중계 장치(302)에서의 백색 가우시안 잡음(AWGN) 및 사용자 단말 i(

)에서의 AWGN을 나타낼 수 있다.

이때, 기지국(301)에 속하는 사용자 단말들이 2개인 시스템 환경에서, 사용자 단말 1(U₁)의 QoS(Quality of Service) 요구 사항이 사용자 단말 2(U₂)의 QoS 요구 사항 보다 훨씬 적음을 가정할 수 있다. 이처럼, 사용자 단말 1(U₁)의 QoS(Quality of Service) 요구 사항이 사용자 단말 2(U₂)보다 작기 때문에, 중계 장치(302)에서의 디코딩 순서는 사용자 단말 1에서 사용자 단말 2 순서로 수행될 수 있다. 이때, 사용자 단말 1의 신호

와 사용자 단말 2의 신호

를 디코딩 하기 위한, 중계 장치(302)에서의 SINR(signal-to-interference-plus-noise ratio) 및 SNR(signal to noise ratio)은 아래의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 3]

수학식 3에서,

는 송신 SNR을 나타낼 수 있다. 즉, 사용자 단말 1 및 사용자 단말 2 각각은 제1 시간 슬롯에서 기지국(301)으로부터 수신된 신호를 바로 디코딩하지 않고, 중계 전송을 위해(즉, 중계 장치를 통해 제2 시간 슬롯에서 신호가 수신될 때까지) 디코딩을 대기(waiting)할 수 있다.

중계 장치(302)는 아래의 수학식 4와 같이 표현되는 새로운 중첩 신호(superposition signal)를 제2 시간 슬롯에 사용자 단말들로 전송(forward)할 수 있다. 여기서, 중계 장치(302)에서 재구성되는 새로운 중첩 신호는 도 5를 참고하여 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 중계 장치의 블록 구조를 도시한 도면이다.

도 5의 510을 참고하면, 중계 장치(302)는 기지국(301)에서 브로드캐스트한 중첩 신호를 수신할 수 있다. 수신된 신호는 위의 수학식 1과 같을 수 있다. 그러면, 중계 장치(302)는 안테나를 통해 수신된 신호를 대상으로 RF 신호 처리를 하고, 주파수 다운 컨버전(RF and frequency down conversion)을 수행할 수 있다.

520에서, 중계 장치(302)는 주파수 다운 컨버전된 신호를 대상으로 간섭 제거 및 복조(interference cancellation and demodulation)를 수행할 수 있다.

530에서, 중계 장치(302)는 복조된 신호를 대상으로 채널 디코딩 및 에러 정정 디코딩(channel decoding and error code decoding)을 수행할 수 있다.

540에서, 중계 장치(302)는 디코딩된 신호를 대상으로 사용자 단말로 전송하기 위한 신호로 재구성할 수 있다.

550 단계에서, 중계 장치(302)는 재구성된 신호를 대상으로 다시 에러 코딩 및 채널 코딩(error coding and channel coding)을 수행하고, 560에서 변조(modulation)를 수행할 수 있다.

570 단계에서, 중계 장치(302)는 사용자 단말 1의 신호를 위한 전력 할당 계수 및 사용자 단말 2의 신호를 위한 전력 할당 계수를 결정한 후, 결정된 전력 할당 계수를 기반으로 전력을 제어하여 중첩 신호를 전송할 수 있다. 이때, 580에서, 중계 장치(320)는 주파수 업 컨버전 및 RF 처리를 수행한 이후 안테나를 통해 상기 중첩 신호를 사용자 단말로 전송할 수 있다. 여기서, 중계 장치(302)에서 사용자 단말들 각각(예컨대, 사용자 단말 1, 사용자 단말 2)으로 전송되는 신호는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 4]

이처럼, 기지국(301)에서 전송된 신호가 중계 장치(302)에서 재구성된 이후, 수학식 4와 같이 새로운 중첩 신호가 사용자 단말들로 포워드(forward)됨에 따라, 제2 시간 슬롯에서 사용자 단말 i(

)에서 수신되는 신호는 아래의 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.

[수학식 5]

수학식 5에서,

는 제2 시간 슬롯에서 사용자 단말 i(

)에서의 AWGN을 나타낼 수 있다. 각 사용자 단말에서, 제1 시간 슬롯 및 제2 시간 슬롯에서 수신된 신호들은 아래의 수학식 6과 같이 다시 표현될 수 있다.

[수학식 6]

수학식 6에서, H는 등가 전력 할당 행렬(equivalent power allocation matrix)을 나타내는 것으로서, 위의 비특허문헌 [4] V. Tarokh , H. Jafarkhani , and A. R. Calderbank , "Space-time block codes from orthogonal designs," IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 45, no. 5, pp. 1456-1467, Jul . 1999.에 제시된 시공간 블록 코딩의

직교 설계(orthogonal design)과는 상이할 수 있다. 여기서, H는

에 의해 가중된 복소 시공간 채널 계수를 포함할 수 있다. 그리고, 전력 할당 행렬은

실수 행렬로서, 전력 도메인에서 신호의 공액(conjugate)를 방지할 수 있다. 전력 할당 행렬 H는 아래의 수학식 7과 같이, 회전(rotation) 또는 반향(reflection)의 형태를 포함할 수 있다.

[수학식 7]

수학식 7에서,

이므로, 전력 할당은

의 회전(rotation) 또는 반향(reflection)의 형태를 가지는 것을 의미할 수 있다. 전력 할당 행렬 H는 각각의 단위 놈(unit norm)을 갖는 직교 행렬이므로, 전력 제약 조건(constraint)은

을 만족하며, 직교성을 제공할 수 있다. 여기서, 전력 할당 행렬에 포함되는 전력 할당 계수는 3가지 전력 할당 기법 중 하나에 기초하여 결정될 수 있다. 예컨대, 상기 전력 할당 기법은 fixed power allocation, CR inspired power allocation with U₁as primary User, 및 CR inspired power allocation with U₂as primary User를 포함할 수 있다. 여기서, CR inspired power allocation with U₁as primary User, 및 CR inspired power allocation with U₂as primary User는 복수의 사용자 단말들 중 어느 하나의 단말을 기본 단말(primary User)로 하고, 기지국과 기본 단말 간의 채널 정보와 중계 장치와 기본 단말 간의 채널 정보 간의 크기 비교 결과에 따라 전력 할당 계수가 서로 다른 값이 되도록 결정하는 기법을 나타낼 수 있다.

일례로, fixed power allocation은 송신 전력(즉, 전송 전력) 할당을 위해 미리 지정된 고전된 값의 0과 1이 전력 할당 계수로서 이용되는 기법으로서, 전송 전력 할당을 위해

이 선택될 수 있다.

다른 예로, CR inspired power allocation with U₁as primary User는 2개의 사용자 단말 중 사용자 단말 1(

)을 기본 단말(primary user)로 설정한 경우의 전력 할당을 결정하는 방법을 나타낼 수 있으며, 아래의 수학식 8에 기초하여 전력 할당 계수가 결정될 수 있다.

[수학식 8]

수학식 8에서,

는 사용자 단말 i(

)의 고정된 전송률을 나타낼 수 있다.

를 정확히 검출하기 위해 사용자 단말 i(

)에서 요구되는 SNR은

와 같을 수 있다.

로 표현될 수 있다.

또 다른 예로, CR inspired power allocation with U₂as primary User는 2개의 사용자 단말 중 사용자 단말 1(

)을 기본 단말(primary user)로 설정한 경우의 전력 할당을 결정하는 방법을 나타낼 수 있으며, 아래의 수학식 9에 기초하여 전력 할당 계수가 결정될 수 있다.

[수학식 9]

도 6은 본 발명의 일실시예에 있어서, 사용자 단말의 블록 구조를 도시한 도면이다.

도 6에서 RF 및 주파수 다운 컨버전(RF frequency down-conversion, 610)은 도 3의 신호 수신부(310)에서 수행되고, 선형 결합(detecting with linear combining, 620), 채널 디코딩 및 에러 디코딩(channel decoding and error code decoding, 630), 신호 후처리(information processing, 640)은 도 3의 신호 복원부(320)에서 수행될 수 있다.

도 6의 610에서 제1 시간 슬롯에 기지국(301)으로부터 중첩 신호가 수신되어 RF 처리 및 주파수 다운 컨버전이 수행될 수 있다. 이후, 제2 시간 슬롯에 중계 장치(302)로부터 중첩 신호가 수신되어 RF 처리 및 주파수 다운 컨버전이 수행될 수 있다.

620에서, 신호 복원부(320)는 제1 시간 슬롯에서 수신된 중첩 신호 및 제2 시간 슬롯에서 수신된 중첩 신호를 선형 결합함으로써, 위의 수학식 7, 수학식 8 및 수학식 9 중 어느 하나에 기초하여 결정된 전력 할당 계수를 획득하고, 630에서, 채널 디코딩, 에러 디코딩을 수행할 수 있다. 즉, 해당 단말에서 원하는 신호(desired signal)를 복원할 수 있다.

예컨대, 신호 복원부(320)는 아래의 수학식 10에 기초하여 원하는 신호를 복원하기 위한 선형 결합을 수행할 수 있다.

[수학식 10]

위의 수학식 10은 두 개의 사용자 단말들 중 사용자 단말 1(U₁)에서 자신이 원하는 신호

을 복원하기 위한 선형 결합을 나타낼 수 있다. 이때, 사용자 단말 2(U₂)에서 자신이 원하는 신호

를 복원하기 위한 선형 결합은 아래의 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 11]

640에서, 디코딩된 신호를 기반으로 후처리(information processing)가 수행될 수 있다. 예를 들어, 복원된 신호가 영상 신호인 경우, 사용자에게 영상을 재생 재생하기 위해 영상 및 오디오 신호, 자막 등의 텍스트 데이터의 동기를 맞추는 등의 신호 처리 등이 수행될 수 있다.

실시예에 따른 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 실시예를 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.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

기지국, 중계 장치 및 복수의 사용자 단말들이 네트워크를 형성하는 비직교 다중접속 시스템의 협력적 직접 및 중계 전송 방법에 있어서,
상기 기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 및 기지국에 속하는 중계 장치를 대상으로 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 제1 시간 슬롯에 수신하는 단계;
상기 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 상기 중계 장치에서 수신한 이후, 상기 중계 장치를 통해 다시 상기 복수의 사용자 단말들을 대상으로 전송한 신호를 제2 시간 슬롯에 수신하는 단계; 및
상기 제1 시간 슬롯에 수신된 신호와 상기 제2 시간 슬롯에 수신된 신호를 선형 결합(linear combination)하여 상기 기지국에서 브로드캐스트한 원하는 신호(desired signal)를 복원하는 단계
를 포함하고,
상기 제2 시간 슬롯에서 수신된 신호는, 상기 중계 장치에서 상기 기지국으로부터 수신된 신호를 디코딩한 이후, 디코딩된 상기 복수의 사용자 단말들 각각에 해당하는 신호를 위한 전력 할당 계수 및 송신 전력에 기초하여 상기 중계 장치에서 재구성된 중첩 신호(superposition signal)을 나타내고,
상기 기지국에서는, 상기 복수의 사용자 단말들 각각으로 전송하고자 하는 신호를 대상으로 에러 코딩(error coding) 및 채널 코딩(channel coding)을 수행하고, 채널 코딩된 신호를 대상으로 변조를 수행하고, 변조된 신호를 대상으로 전력 도메인(power-domain)에서 중첩 신호(superposition signal)로 구성하여 RF 처리(RF processing) 후 브로드캐스트하고,
상기 중계 장치에서는, 상기 기지국에서 브로드캐스트한 중첩 신호를 수신하여 수신된 신호를 대상으로 RF 처리(RF processing) 후 간섭 제거(interference cancellation) 및 복조(demodulation)를 수행하고, 복조된 신호를 대상으로 채널 디코딩(channel decoding) 및 에러 정정 디코딩(error code decoding)을 수행하고, 디코딩된 신호를 대상으로 사용자 단말로 전송하기 위한 신호로 재구성하고, 재구성된 신호를 대상으로 다시 에러 코딩(error coding) 및 채널 코딩(channel coding)을 수행한 후 변조를 수행하고, 변조된 신호를 대상으로 상기 복수의 사용자 단말들 각각에 해당하는 신호를 위한 전력 할당 계수를 결정한 후 결정된 전력 할당 계수를 기반으로 송신 전력을 제어하여 RF 처리(RF processing) 후 상기 복수의 사용자 단말들 각각으로 전송하고,
상기 원하는 신호를 복원하는 단계는,
상기 기지국과 상기 복수의 사용자 단말들 간에 직접적으로 형성된 채널을, 상기 기지국과 사용자 단말 사이에서 신호의 전송을 중계하는 중계 장치와 사용자 단말 간에 형성된 채널에 대한 직교 송신 브랜치로 이용하여 상기 기지국에서 전송한 신호를 상기 복수의 사용자 단말들 각각에서 수신하여 복원하는 것
을 특징으로 하는 협력적 직접 및 중계 전송 방법.
제1항에 있어서,
상기 원하는 신호를 복원하는 단계는,
상기 제1 시간 슬롯에서 수신된 신호의 디코딩(decoding)을 상기 제2 시간 슬롯에서 신호가 수신될 때까지 대기하였다가 디코딩을 수행하는 단계
를 포함하는 협력적 직접 및 중계 전송 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전력 할당 계수는, 상기 송신 전력을 할당하기 위해 미리 지정된 0과 1로 고정된(fixed) 값을 포함하는 것
을 특징으로 하는 협력적 직접 및 중계 전송 방법.
제1항에 있어서,
상기 전력 할당 계수는, 상기 기지국으로부터 상기 복수의 사용자 단말들 중 어느 하나의 기본 단말(Primary User)로의 채널 정보와 상기 중계 장치로부터 상기 기본 단말로의 채널 정보 간의 크기 비교 결과에 따라 서로 다른 값으로 결정되는 것
을 특징으로 하는 협력적 직접 및 중계 전송 방법.
협력적 직접 및 중계 전송 방법을 수행하는 비직교 다중접속 시스템에 있어서,
기지국에 속하는 복수의 사용자 단말들 및 기지국에 속하는 중계 장치를 대상으로 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 제1 시간 슬롯에 수신하고, 상기 기지국에서 브로드캐스트한 신호를 상기 중계 장치에서 수신한 이후, 상기 중계 장치를 통해 다시 상기 복수의 사용자 단말들을 대상으로 전송한 신호를 제2 시간 슬롯에 수신하는 신호 수신부; 및
상기 제1 시간 슬롯에 수신된 신호와 상기 제2 시간 슬롯에 수신된 신호를 선형 결합(linear combination)하여 상기 기지국에서 브로드캐스트한 원하는 신호(desired signal)를 복원하는 신호 복원부
를 포함하고,
상기 제2 시간 슬롯에서 수신된 신호는, 상기 중계 장치에서 상기 기지국으로부터 수신된 신호를 디코딩한 이후, 디코딩된 상기 복수의 사용자 단말들 각각에 해당하는 신호를 위한 전력 할당 계수 및 송신 전력에 기초하여 상기 중계 장치에서 재구성된 중첩 신호(superposition signal)을 나타내고,
상기 기지국에서는, 상기 복수의 사용자 단말들 각각으로 전송하고자 하는 신호를 대상으로 에러 코딩(error coding) 및 채널 코딩(channel coding)을 수행하고, 채널 코딩된 신호를 대상으로 변조를 수행하고, 변조된 신호를 대상으로 전력 도메인(power-domain)에서 중첩 신호(superposition signal)로 구성하여 RF 처리(RF processing) 후 브로드캐스트하고,
상기 중계 장치에서는, 상기 기지국에서 브로드캐스트한 중첩 신호를 수신하여 수신된 신호를 대상으로 RF 처리(RF processing) 후 간섭 제거(interference cancellation) 및 복조(demodulation)를 수행하고, 복조된 신호를 대상으로 채널 디코딩(channel decoding) 및 에러 정정 디코딩(error code decoding)을 수행하고, 디코딩된 신호를 대상으로 사용자 단말로 전송하기 위한 신호로 재구성하고, 재구성된 신호를 대상으로 다시 에러 코딩(error coding) 및 채널 코딩(channel coding)을 수행한 후 변조를 수행하고, 변조된 신호를 대상으로 상기 복수의 사용자 단말들 각각에 해당하는 신호를 위한 전력 할당 계수를 결정한 후 결정된 전력 할당 계수를 기반으로 송신 전력을 제어하여 RF 처리(RF processing) 후 상기 복수의 사용자 단말들 각각으로 전송하고,
상기 신호 복원부는,
상기 기지국과 상기 복수의 사용자 단말들 간에 직접적으로 형성된 채널을, 상기 기지국과 사용자 단말 사이에서 신호의 전송을 중계하는 중계 장치와 사용자 단말 간에 형성된 채널에 대한 직교 송신 브랜치로 이용하여 상기 기지국에서 전송한 신호를 상기 복수의 사용자 단말들 각각에서 수신하여 복원하는 것
을 특징으로 하는 비직교 다중접속 시스템.