KR101992593B1 - 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 시간-공간 블록 코드 기법 기반 데이터를 중계하는 중계 방법 및 중계 시스템 - Google Patents

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Abstract

복수의 릴레이 단말들을 이용하여 시간-공간 블록 코드 기법 기반 데이터를 중계하는 중계 방법이 개시된다. 일 실시예는 소스 단말들 및 데스티네이션 단말들 사이의 간섭 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성하고, 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스를 나타내는 기준 매트릭스를 계산하며, 소스 단말들 및 데스티네이션 단말들 사이의 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 채널 매트릭스를 생성하고, 유효 채널 매트릭스 및 기준 매트릭스에 기초하여 릴레이 단말들을 위한 빔포밍 매트릭스들을 생성하는 단계들을 포함한다.

Description

복수의 릴레이 단말들을 이용하여 시간-공간 블록 코드 기법 기반 데이터를 중계하는 중계 방법 및 중계 시스템{METHOD OF RELAYING STBC BASED DATA USING A PLURALITY OF RELAY NODES AND SYSTEM THEREOF}
아래 실시예들은 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 데이터를 중계하는 중계 방법 및 중계 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 아래 실시예들은 다중 입출력(MIMO) 다중 사용자(multi-user) 다중 홉(multi-hop) 네트워크에서 시간-공간 블록 코드 기법 기반 데이터를 중계하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
기존에 알려진 다중 홉 전송 기법들에서, 채널 정보를 전달하거나 교환하는 프로세스는 효율적인 다중 홉 전송을 위하여 필수적인 프로세스이다.
일반적으로 다중 홉 전송은 애드혹(adhoc) 네트워크에서 많이 고려된다. 다만, 애드혹 네트워크는 제어 유닛이 존재하는 네트워크(예를 들어, 셀룰러 기반의 네트워크)에 비하여 단말간 다중 홉 협력을 수행하기 어렵다. 특히, 채널 정보 메시지 교환 오버헤드(overhead) 및 채널의 변화에 따른 채널 정보의 불일치 등으로 인하여, 채널 정보를 전달하거나 교환하는 프로세스는 가장 어려운 프로세스 중의 하나이다.
제어 유닛이 존재하는 네트워크는 기본적으로 단말들 간의 싱크가 맞아 있는 경우가 많고, 채널 정보 교환을 위해 미리 할당된 자원이 있는 등, 애드혹 네트워크에 비하여 다중 홉 전송에 보다 용이한 구조를 가진다. 다만, 제어 유닛이 관장하는 전송 범위 내 사용자의 수가 증가함에 따라 채널 정보를 전달하거나 교환하기 위한 오버헤드 또한 증가될 수 있다.
일 측에 따른 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 복수의 단말 페어들 사이의 데이터를 중계하는 중계 방법은 상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 간섭 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성하는 단계; 상기 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스(null space)를 나타내는 기준 매트릭스(basis matrix)를 계산하는 단계; 상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 소스 단말들과 페어를 이루는 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 채널 매트릭스를 생성하는 단계; 및 상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스에 기초하여 상기 복수의 릴레이 단말들을 위한 빔포밍 매트릭스들을 생성하는 단계를 포함한다.
여기서, 복수의 소스 단말들 중 제1 소스 단말이 복수의 데스티네이션 단말들 중 제1 데스티네이션 단말로 데이터를 전송하고자 하는 경우 상기 제1 소스 단말과 상기 제1 데스티네이션 단말은 페어를 이룰 수 있다.
이 때, 상기 복수의 소스 단말들은 미리 정해진 공간-시간 블록 코드 기법을 이용하여 데이터를 인코딩하고, 상기 복수의 데스티네이션 단말들은 상기 미리 정해진 공간-시간 블록 코드 기법을 이용하여 데이터를 디코딩할 수 있다.
또한, 상기 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성하는 단계는 상기 복수의 소스 단말들에 포함된 복수의 소스 안테나들과 상기 복수의 릴레이 단말들에 포함된 복수의 릴레이 안테나들 사이의 제1 채널 매트릭스 및 상기 복수의 릴레이 안테나들과 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 포함된 복수의 데스티네이션 안테나들 사이의 제2 채널 매트릭스를 획득하는 단계; 및 상기 제1 채널 매트릭스와 상기 제2 채널 매트릭스에 기초하여 상기 유효 간섭 채널 매트릭스를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유효 간섭 채널 매트릭스를 계산하는 단계는 상기 복수의 단말 페어들에 포함되지 않는 소스 단말과 데스티네이션 단말의 간섭 페어를 획득하는 단계; 상기 간섭 페어에 속하는 소스 단말과 상기 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈하는 단계; 및 상기 어느 하나의 릴레이 단말과 상기 간섭 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 상기 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유효 간섭 채널 매트릭스는 상기 제1 소스 단말의 안테나들 및 상기 제1 소스 단말과 페어를 이루지 않는 나머지 데스티네이션 단말들의 안테나들 사이의 유효 채널들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기준 매트릭스는 상기 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스에 포함되고, 제로 벡터가 아닌 복수의 널 스페이스 벡터들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 유효 채널 매트릭스를 생성하는 단계는 상기 복수의 소스 단말들에 포함된 복수의 소스 안테나들과 상기 복수의 릴레이 단말들에 포함된 복수의 릴레이 안테나들 사이의 제1 채널 매트릭스 및 상기 복수의 릴레이 안테나들과 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 포함된 복수의 데스티네이션 안테나들 사이의 제2 채널 매트릭스를 획득하는 단계; 및 상기 제1 채널 매트릭스와 상기 제2 채널 매트릭스에 기초하여 상기 유효 채널 매트릭스를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유효 채널 매트릭스를 계산하는 단계는 단말 페어에 속하는 소스 단말과 상기 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈하는 단계; 및 상기 어느 하나의 릴레이 단말과 상기 단말 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 상기 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔포밍 매트릭스들을 생성하는 단계는 상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스의 행렬 곱셈을 계산하는 단계; 상기 행렬 곱셈 된 매트릭스의 최대 고유값에 해당하는 고유 벡터를 계산하는 단계; 상기 기준 매트릭스 및 상기 고유 벡터의 내적을 계산하는 단계; 및 상기 내적 된 벡터를 행렬화시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔포밍 매트릭스들을 생성하는 단계는 상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 의해 사용되는 전송 기법에 따라, 상기 복수의 단말 페어들 사이의 처리량을 극대화하는 문제를 포뮬레이션하는 단계; 및 상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스를 이용하여 상기 포뮬레이션된 문제를 풀이함으로써, 상기 빔포밍 매트릭스들을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 일 측에 따른 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 복수의 소스 단말들과 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 데이터를 중계하는 중계 시스템은 상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 간섭 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성하는 유효 간섭 채널 매트릭스 생성부; 상기 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스를 나타내는 기준 매트릭스를 계산하는 기준 매트릭스 계산부; 상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 소스 단말들과 페어를 이루는 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 채널 매트릭스를 생성하는 유효 채널 매트릭스 생성부; 및 상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스에 기초하여 상기 복수의 릴레이 단말들을 위한 빔포밍 매트릭스들을 생성하는 빔포밍 매트릭스 생성부를 포함한다. 여기서, 상기 데이터는 공간-시간 블록 코드 기법에 따라 생성될 수 있다.
이 때, 상기 중계 시스템은 상기 복수의 소스 단말들에 포함된 복수의 소스 안테나들과 상기 복수의 릴레이 단말들에 포함된 복수의 릴레이 안테나들 사이의 제1 채널 매트릭스 및 상기 복수의 릴레이 안테나들과 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 포함된 복수의 데스티네이션 안테나들 사이의 제2 채널 매트릭스를 획득하는 채널 매트릭스 획득부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유효 간섭 채널 매트릭스 생성부는 소스 단말 및 상기 소스 단말과 페어를 이루지 않는 데스티네이션 단말의 간섭 페어를 획득하는 간섭 페어 획득부; 상기 간섭 페어에 속하는 소스 단말과 상기 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈하는 트랜스포즈부; 및 상기 어느 하나의 릴레이 단말과 상기 간섭 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 상기 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트를 계산하는 크로넥커 프로덕트부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유효 채널 매트릭스 생성부는 소스 단말 및 상기 소스 단말과 페어를 이루는 데스티네이션 단말의 단말 페어를 획득하는 단말 페어 획득부; 상기 단말 페어에 속하는 소스 단말과 상기 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈하는 트랜스포즈부; 및 상기 어느 하나의 릴레이 단말과 상기 단말 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 상기 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트를 계산하는 크로넥커 프로덕트부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔포밍 매트릭스들 생성부는 상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스의 행렬 곱셈을 계산하는 행렬 곱셈부; 상기 행렬 곱셈 된 매트릭스의 최대 고유값에 해당하는 고유 벡터를 계산하는 고유 벡터 계산부; 상기 기준 매트릭스 및 상기 고유 벡터의 내적을 계산하는 내적부; 및 상기 내적 된 벡터를 행렬화시키는 행렬화부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 빔포밍 매트릭스들 생성부는 상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 의해 사용되는 전송 기법에 따라, 상기 복수의 단말 페어들 사이의 처리량을 극대화하는 문제를 포뮬레이션하는 포뮬레이션부; 및 상기 빔포밍 매트릭스들을 계산하기 위하여, 상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스를 이용하여 상기 포뮬레이션된 문제를 풀이하는 풀이부를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 다중 사용자(multi-user) 다중 홉(multi-hop) 간섭 네트워크를 설명하기 위한 도면.
도 2는 일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 복수의 단말 페어들 사이의 데이터를 중계하는 중계 방법을 나타내는 동작 흐름도.
도 3은 일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 복수의 소스 단말들과 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 데이터를 중계하는 중계 시스템을 나타내는 블록도.
도 4는 일 실시예에 따른 릴레이 빔포밍 매트릭스의 선택 기법에 따른 효과를 설명하기 위한 도면.
도 5는 일 실시예에 따른 복수의 기지국들을 이용하여 복수의 이동 단말들 사이의 데이터를 중계하는 페이즈들을 설명하기 위한 도면.
일 실시예에 따른 다중 사용자( multi - user ) 다중 홉( multi - hop ) 간섭 네트워크
도 1은 일 실시예에 따른 다중 사용자(multi-user) 다중 홉(multi-hop) 간섭 네트워크를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 간섭 네트워크는 복수의 소스 단말들(111, 112), 복수의 릴레이 단말들(121, 122, 123), 및 복수의 데스티네이션 단말들(131, 132)을 포함한다. 예를 들어, 네트워크는 K개의 소스 단말들, L개의 릴레이 단말들, 및 K개의 데스티네이션 단말들을 포함할 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위하여 K는 2이고, L은 3인 경우를 가정한다. 여기서, 소스 단말들(111, 112)은 동일한 주파수를 이용하는 동시 송신 노드들을 포함하고, 릴레이 단말들(121, 122, 123)은 하프 듀플렉스(half-duplex)로 동작하는 협력 릴레이 노드들을 포함할 수 있다.
복수의 소스 단말들(111, 112) 및 복수의 데스티네이션 단말들(131, 132)은 각각 적어도 두 개의 안테나들을 포함하고, 복수의 릴레이 단말들(121, 122, 123)은 각각 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 소스 단말과 데스티네이션 단말은 모두 M개의 안테나들을 포함하고, 제i 릴레이 단말은 Ni개의 안테나들을 포함할 수 있다.
복수의 소스 단말들(111, 112)은 복수의 데스티네이션 단말들(131, 132)과 단말 페어(pair)를 이룰 수 있다. 예를 들어, 제1 소스 단말(111)이 제1 데스티네이션 단말(131)로 데이터를 전송하고자 하는 경우, 제1 소스 단말(111)과 제1 데스티네이션 단말(131)은 페어를 이룰 수 있다.
이하, 제1 소스 단말(111)은 제1 데스티네이션 단말(131)로 데이터를 전송하고자 하고, 제2 소스 단말(112)은 제2 데스티네이션 단말(132)로 데이터를 전송하고자 하는 경우를 가정한다. 이 경우, 제1 소스 단말(111)과 제1 데스티네이션 단말(131)이 페어를 이루고, 제2 소스 단말(112)과 제2 데스티네이션 단말(132)이 페어를 이룬다.
제1 소스 단말(111)은 3개의 릴레이 단말들(121, 122, 123)을 통하여 제1 데스티네이션 단말(131)로 데이터를 전송할 수 있다. 마찬가지로, 제2 소스 단말(112)은 3개의 릴레이 단말들(121, 122, 123)을 통하여 제2 데스티네이션 단말(132)로 데이터를 전송할 수 있다.
소스 단말들 각각에 포함된 복수의 안테나들 및 릴레이 단말들 각각에 포함된 적어도 하나의 안테나 사이의 채널은 제1 홉 채널(first-hop channel)로서, 제1 채널 매트릭스 H로 표현될 수 있다. 예를 들어, 수학식 1을 참조하면, 제1 채널 매트릭스 H는
Figure 112013031187952-pat00001
크기의 매트릭스일 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00002
제1 홉 채널을 통해 제i 릴레이 단말에 의해 수신되는 수신 신호 벡터는 수학식 2와 같다.
Figure 112013031187952-pat00003
여기서,
Figure 112013031187952-pat00004
는 Nl x 1 크기의 채널 출력 벡터이고, Hl, i는 제i 소스 단말에서 제l 릴레이 단말로 가는 Nl x M 크기의 채널 매트릭스이다. zl은 제l 릴레이 단말에서 수신되는 노이즈 벡터이다.
제i 릴레이 단말은 수신된
Figure 112013031187952-pat00005
에 기초하여 새로운 전송 신호
Figure 112013031187952-pat00006
를 생성할 수 있다. 제i 릴레이 단말에 의해 생성되는 새로운 전송 신호
Figure 112013031187952-pat00007
는 수학식 3과 같다.
Figure 112013031187952-pat00008
여기서,
Figure 112013031187952-pat00009
는 제l 릴레이 단말을 위한
Figure 112013031187952-pat00010
크기의 릴레이 빔포밍 매트릭스이다.
한편, 릴레이 단말들 각각에 포함된 적어도 하나의 안테나 및 데스티네이션 단말들 각각에 포함된 복수의 안테나들 사이의 채널은 제2 홉 채널(second-hop channel)로서, 제2 채널 매트릭스 G로 표현될 수 있다. 예를 들어, 수학식 4를 참조하면, 제2 채널 매트릭스 G는
Figure 112013031187952-pat00011
크기의 매트릭스일 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00012
제2 홉 채널을 통해 제j 데스티네이션 단말에 의해 수신되는 수신 신호 벡터는 수학식 5와 같다.
Figure 112013031187952-pat00013
여기서,
Figure 112013031187952-pat00014
는 제l 릴레이 단말에서 제j 데스티네이션 단말로 가는 M x Nl 크기의 채널 매트릭스이고,
Figure 112013031187952-pat00015
는 제j 데스티네이션 단말에서 수신되는 노이즈 벡터이다.
이하, 일 실시예에 따른 네트워크에서 복수의 소스 단말들, 복수의 릴레이 단말들, 및 복수의 데스티네이션 단말들 각각의 동작을 상세하게 설명한다.
일 실시예에 따른 복수의 소스 단말들의 전송 기법( transmission scheme )
일 실시예에 따른 소스 단말은 마치 점-대-점 2x2 다중 입출력 채널(point-to-point 2x2 MIMO channel)에서 데이터를 전송하듯이, Alamouti 코드 기법을 적용할 수 있다.
여기서, Alamouti 코드 기법은 소스 단말에 포함된 소스 안테나의 수가 2일 때 사용될 수 있는 공간-시간 블록 코드(Space-Time Block Code, STBC) 기법으로, 풀 다이버시티(full diversity) 및 풀 레이트(full rate)를 달성할 수 있는 기법이다.
수학식 6을 참조하면, 소스 단말은 2개의 소스 안테나들을 이용하여 2개의 타임 슬롯(time slot)에 걸쳐 2개의 심볼들을 전송할 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00016
여기서, 소스 단말이 모든 심볼들을 무사히 전송하는 경우, 소스 단말은 해당 네트워크에 단위 시간 당 2개의 심볼들을 전송할 수 있다. 이 때, Alamouti 코드 기법을 이용하여 심볼들을 성공적으로 전송하기 위하여, 2개의 타임 슬롯 동안 모든 채널이 고정되었다고 가정할 수 있다.
일 실시예에 따른 STBC 기반 간섭 중화 알고리즘은 복수의 릴레이 단말들을이용하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 다만, 다른 실시예에 따른 STBC 기반 간섭 중화 알고리즘은 네트워크의 성능을 보다 향상시키기 위하여, 복수의 릴레이 단말들뿐 아니라 복수의 소스 단말들 및 복수의 데스티네이션 단말들을 이용하여 빔포밍을 수행할 수 있다.
일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들의 중계 기법( relay scheme )
(1) 스텝 1: 간섭 중화
일 실시예에 따른 릴레이 단말은 제1 홉 채널과 제2 홉 채널이 동시에 고려된 릴레이 빔포밍 매트릭스를 이용함으로써, 데스티네이션 단말(예를 들어, 제1 데스티네이션 단말)이 해당 데스티네이션 단말의 단말 페어에 속하는 소스 단말(예를 들어, 제1 소스 단말) 이외의 나머지 소스 단말들로부터 전송된 신호에 간섭을 받지 않도록 할 수 있다. 여기서, 릴레이 단말은 선형 빔포밍(linear beamforming)을 수행할 수 있다.
여기서, 데스티네이션 단말들에 의해 수신되는 수신 신호는 수학식 7과 같다.
Figure 112013031187952-pat00017
여기서, xi(k)는 k번째 타임 슬롯에서 i번째 소스 단말에 의해 전송되는 심볼이다. 또한, Hij(k)는 k번째 타임 슬롯에서 j번째 소스 단말에서 i번째 릴레이 단말로 가는 MIMO 채널이고, Gij(k)는 k번째 타임 슬롯에서 j번째 릴레이 단말에서 i번째 데스티네이션 단말로 가는 MIMO 채널이다. 마지막으로, Wi(k)는 i번째 릴레이 단말의 빔포밍 매트릭스이다.
수학식 7의 우변에서
Figure 112013031187952-pat00018
의 오프 다이아고날 블록 매트릭스(off-diagonal block matrix)의 원소들이 0인 것은 특정 데스티네이션 노드와 페어를 이루지 않는 다른 소스 단말들에 의한 간섭이 제거되었음을 의미한다.
이 때, Wi(k) 이외에는 모두 주어진 환경 값일 수 있다. 예를 들어, 릴레이 단말은 기지국 등으로부터 피드백을 받음으로써 Wi(k) 이외의 값들을 미리 알고 있을 수 있다.
릴레이 단말은 Wi(k)를 이용하여 전체 유효 채널이 블록 대각 행렬(block diagonal matrix)이 되도록 만들 수 있다. 이 경우, 일 실시예에 따른 중계 방법은 사용자간 무(無)간섭 통신을 가능하게 하는 기술을 제공할 수 있다.
앞서 2-타임 슬롯 동안은 채널이 변하지 않는다고 가정하였으므로, 릴레이 빔포밍 매트릭스도 2-타임 슬롯(k번째 타임 슬롯 및 k+1번째 타임 슬롯) 동안 변하지 않는다고 가정할 수 있다.
따라서, 채널 매트릭스에 포함된 시간 인덱스(time index) k가 제거될 수 있다. 이 경우, 사용자간 간섭을 완전히 중화시키기 위한 조건은 수학식 8과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00019
수학식 9는 크로넥커 프로덕트(Kronecker product),
Figure 112013031187952-pat00020
와 관련된 칼럼 벡터 스태킹(column vector stacking) 연산의 특성(property)으로 인한 관계식이다.
Figure 112013031187952-pat00021
여기서, vec(X)는 X라는 행렬을 벡터화 시키는 연산이다. 예를 들어, 행렬 X의 크기가 m x n이라면 벡터 vec(X)의 크기는 mn x 1이다.
이 때, 수학식 8은 수학식 9에 따라 수학식 10과 같이 변형될 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00022
여기서,
Figure 112013031187952-pat00023
는 릴레이 빔포밍 매트릭스
Figure 112013031187952-pat00024
를 칼럼 벡터 스태킹 연산 시킴으로써 생성된 벡터 표현값(vector representation)이다.
수학식 10에 포함된 복수의 선형 방정식들을 수학식 11의 매트릭스 형태(matrix form)로 표현될 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00025
이 때, 수학식 11을 만족하는 해는 수학식 12와 같다. 행렬 T의 크기가 8x12이므로
Figure 112013031187952-pat00026
는 항상 존재할 수 있다.
일 실시예에 따른 중계 방법은 수학식 11을 이용하여 행렬 T, 즉 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성할 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00027
여기서, null(A)는 행렬 A의 널 스페이스(null space)이다. 매트릭스 A의 널 스페이스는 Ay=0을 만족시키는 모든 벡터 y의 세트일 수 있다. 따라서, 일 실시예에 따른 중계 방법은 수학식 12를 통하여 산출된
Figure 112013031187952-pat00028
에 포함된 vec(Wi) 벡터들을 행렬화 시킴으로써 복수의 릴레이 단말들을 위한 빔포밍 매트릭스들을 구할 수 있다.
(2) 스텝 2: 처리량 향상
선형 대수(linear algebra) 이론에 따르면, 수학식 12에서
Figure 112013031187952-pat00029
는 유일한 해를 가지지 않는다.
Figure 112013031187952-pat00030
는 행렬 T의 널 스페이스의 디멘션(dimension)인 4차원 공간(space)에 포함된 어떠한 벡터일 수 있다. 이러한 널 스페이스의 디멘션은 일반적으로 릴레이 단말의 수 또는 릴레이단말에 포함된 릴레이 안테나의 수가 증가할수록 커질 수 있다.
일 실시예에 따른 중계 방법은 전술한 특성을 활용하여 네트워크의 처리량(throughput) 성능을 향상시키는 기술을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로,
Figure 112013031187952-pat00031
는 4차원의 공간에 포함되는 어떠한 벡터라도 상관이 없으므로,
Figure 112013031187952-pat00032
를 수학식 13과 같이 설정할 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00033
여기서, Nw는 널 스페이스를 나타내는 4차원 기준 매트릭스(basis matrix)이며, w는 이러한 기준 매트릭스에 포함된 널 스페이스 벡터들을 선형 조합하는 계수 벡터(coefficient vector)이다.
이 때, 기준 매트릭스는 소스 단말의 수, 릴레이 단말의 수, 데스티네이션 단말의 수, 및 각 단말에 포함된 안테나의 수 등에 의하여 설정될 수 있다.
기준 매트릭스에 포함된 널 스페이스 벡터들을 어떻게 선형 조합하더라도 선형 조합된 결과는 여전히 널 스페이스 안에 존재한다. 따라서, 수학식 13에 따른
Figure 112013031187952-pat00034
는 수학식 12에 따른 간섭 중화 조건식을 만족하는 해가 된다.
일 실시예에 따른 중계 방법은 수학식 13에 따라 중계 단말을 위한 빔포밍 매트릭스를 생성할 수 있다. 이 경우, k번째 소스 단말에서 복수의 릴레이 단말들을 거쳐 i번째 데스티네이션 단말(k≠i)에 영향을 미치는 간섭이 모두 제거될 수 있다.
이 상태에서, k번째 소스 단말에서 k번째 데스티네이션 단말로 들어가는 다이렉트 채널(direct channel)의 크기는 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00035
수학식 9의 특성을 이용하면, 수학식 14의 다이렉트 채널은 수학식 15와 같은 행렬식으로 표현될 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00036
일 실시예에 따른 중계 방법은 수학식 15를 이용하여 행렬 F, 즉 유효 채널 매트릭스를 생성할 수 있다.
한편, 복수의 소스 단말들 및 복수의 데스티네이션 단말들이 Alamouti 코드 기법을 이용하는 경우, 일 실시예에 따른 중계 방법은 복수의 단말 페어들 사이의 처리량(throughput)을 극대화하는 문제를 포뮬레이션(formulation)할 수 있다.
예를 들어, 수학식 16을 참조하면, 일 실시예에 따른 중계 방법은 합계 속도 성능(sum rate performance)을 최대화 하는 문제를 포뮬레이션할 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00037
여기서, 두 번째 식의 근사(approximation)는 x가 충분히 적을 경우, log2(1+x)
Figure 112013031187952-pat00038
x 인 관계를 활용한 결과이다. 또한,
Figure 112013031187952-pat00039
는 Frobenius norm으로 수학식 17과 같이 행렬 내 모든 원소들의 크기의 제곱의 합으로 정의될 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00040
수학식 16을 만족하는
Figure 112013031187952-pat00041
는 수학식 18을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00042
따라서, 일 실시예에 따른 중계 방법은 수학식 19를 이용하여 w를 계산할 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00043
여기서, eigvec(A)는 행렬 A의 최대 고유 값에 해당하는 고유 벡터이다.
나아가, 일 실시예에 따른 중계 방법은 수학식 20을 이용하여
Figure 112013031187952-pat00044
를 계산할 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00045
마지막으로, 일 실시예에 따른 중계 방법은
Figure 112013031187952-pat00046
를 행렬화함으로써 복수의 릴레이 단말들을 위한 빔포밍 매트릭스들 Wi를 계산할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 릴레이 빔포밍 매트릭스의 선택 기법에 따른 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들의 중계 기법은 2가지 스텝들로 요약될 수 있다.
일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들의 중계 기법은 제1 스텝(410)에서 간섭에 직교하는 신호 공간(orthogonal signal space with interference)를 연산함으로써, 단말 페어에 속하지 않는 다른 단말들에 의한 간섭을 최소화 또는 제거할 수 있다.
이 때, 일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들의 중계 기법은 복수의 릴레이 단말들에서 간섭 중화를 통해 간섭을 완벽히 제거 할 수 있는 릴레이 빔포밍 매트릭스로 선택 가능한 범위(예를 들어, 기준 매트릭스)를 선정할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들의 중계 기법은 제2 스텝(420)에서 간섭에 직교하는 신호 공간 내 강한 신호 벡터(strong signal vector within the space)를 연산함으로써, 신호 대 잡음 비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)를 최대화할 수 있다.
이 때, 일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들의 중계 기법은 소스 단말 및 데스티네이션 단말에서 이용되는 전송 기법에 기초하여, 기준 매트릭스에 포함된 기준 벡터들을 선형 조합함으로써 릴레이 빔포밍 매트릭스를 결정할 수 있다.
이로 인하여, 일 실시예에 따른 중계 방법은 사용자 간 간섭을 제거하는 동시에, 네트워크의 처리량, 특히 다이버시티 이득(diversity gain)을 극대화하는 기술을 제공할 수 있다.
다시 말하면, 일 실시예에 따른 중계 기법은 STBC 기법과 간섭 중화 기법을 동시에 활용함으로써, 자유도(Degree of Freedom, DoF) 이득뿐 아니라 다이버시티 이득도 향상시키는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 복수의 데스티네이션 단말들의 수신 기법
전술한 릴레이 빔포밍 매트릭스 Wi를 이용하는 경우, 2개의 단말 페어의 유효 채널(effective channel)은 각각 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00047
여기서, 수학식 21과 같은 채널은 Alamouti 코드 기법을 사용하는 2개의 타임 슬롯에서 변하지 않는다고 볼 수 있다.
따라서, 수학식 22를 참조하면, 일 실시예에 따른 데스티네이션 단말은 마치 싱글 홉(single-hop) 2x2 MIMO 채널에서 Alamouti 디코딩을 수행하는 것과 동일하게 2개의 타임 슬롯 동안 수신된 심볼들을 디코딩할 수 있다.
Figure 112013031187952-pat00048
수학식 22에서 알 수 있듯이, Alamouti 코드 기법을 이용함으로써 풀 다이버시티 오더(full diversity order, 예를 들어 4)가 달성될 수 있다. 이로 인하여, 일 실시예에 따른 중계 방법은 낮은 신호 대 잡음 비(Signal-to-Noise Ratio, SNR) 영역 또는 중간 SNR 영역에서 어레이 게인(array gain)을 달성하게 함으로써, 합계 속도(sum rate)를 향상시키는 기술을 제공할 수 있다.
실시예들
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 복수의 단말 페어들 사이의 데이터를 중계하는 중계 방법을 나타내는 동작 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 중계 방법은 단계(210)에서 복수의 소스 단말들 및 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 간섭 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성할 수 있다.
여기서, 유효 간섭 채널 매트릭스는 제1 소스 단말의 안테나들 및 제1 소스 단말과 페어를 이루지 않는 나머지 데스티네이션 단말들의 안테나들 사이의 유효 채널들을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 중계 방법은 단계(210)에서 복수의 소스 단말들에 포함된 복수의 소스 안테나들과 복수의 릴레이 단말들에 포함된 복수의 릴레이 안테나들 사이의 제1 채널 매트릭스 및 복수의 릴레이 안테나들과 복수의 데스티네이션 단말들에 포함된 복수의 데스티네이션 안테나들 사이의 제2 채널 매트릭스를 획득하고, 제1 채널 매트릭스와 제2 채널 매트릭스에 기초하여 유효 간섭 채널 매트릭스를 계산할 수 있다.
이 때, 일 실시예에 따른 중계 방법은 복수의 단말 페어들에 포함되지 않는 소스 단말과 데스티네이션 단말의 간섭 페어를 획득하고, 간섭 페어에 속하는 소스 단말과 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈하며, 어느 하나의 릴레이 단말과 간섭 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트(Kronecker product)를 계산함으로써, 유효 간섭 채널 매트릭스를 계산할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 중계 방법은 단계(220)에서 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스(null space)를 나타내는 기준 매트릭스(basis matrix)를 계산할 수 있다.
여기서, 기준 매트릭스는 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스에 포함되고, 제로 벡터(zero vector)가 아닌 복수의 널 스페이스 벡터들을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 중계 방법은 단계(230)에서 복수의 소스 단말들 및 복수의 소스 단말들과 페어를 이루는 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 채널 매트릭스를 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 중계 방법은 단계(230)에서 복수의 소스 단말들에 포함된 복수의 소스 안테나들과 복수의 릴레이 단말들에 포함된 복수의 릴레이 안테나들 사이의 제1 채널 매트릭스 및 복수의 릴레이 안테나들과 복수의 데스티네이션 단말들에 포함된 복수의 데스티네이션 안테나들 사이의 제2 채널 매트릭스를 획득하고, 제1 채널 매트릭스와 제2 채널 매트릭스에 기초하여 유효 채널 매트릭스를 계산할 수 있다.
이 때, 일 실시예에 따른 중계 방법은 단말 페어에 속하는 소스 단말과 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈하고, 어느 하나의 릴레이 단말과 단말 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트를 계산함으로써, 유효 채널 매트릭스를 계산할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 중계 방법은 단계(240)에서 유효 채널 매트릭스 및 기준 매트릭스에 기초하여 복수의 릴레이 단말들을 위한 빔포밍 매트릭스들을 생성할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 중계 방법은 단계(240)에서 복수의 소스 단말들 및 복수의 데스티네이션 단말들에 의해 사용되는 전송 기법에 따라 복수의 단말 페어들 사이의 처리량(throughput)을 극대화하는 문제를 포뮬레이션(formulation)하고, 유효 채널 매트릭스 및 기준 매트릭스를 이용하여 포뮬레이션된 문제를 풀이함으로써 빔포밍 매트릭스들을 계산할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에 따른 중계 방법은 복수의 소스 단말들 및 복수의 데스티네이션 단말들이 Alamouti 코드 기법을 이용하는 경우, 합계 속도 성능(sum rate performance)이 최대가 되도록 하는 문제를 포뮬레이션할 수 있다.
이 때, 일 실시예에 따른 중계 방법은 포뮬레이션된 문제의 답을 구하기 위하여, 유효 채널 매트릭스 및 기준 매트릭스의 행렬 곱셈(matrix product)을 계산하고, 행렬 곱셈 된 매트릭스의 최대 고유값에 해당하는 고유 벡터를 계산하며, 기준 매트릭스 및 고유 벡터의 내적(inner product)을 계산하고, 내적 된 벡터를 행렬화시킬 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. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
도 2에 도시된 각 단계들에는 도 1을 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 일 실시예에 따른 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 복수의 소스 단말들과 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 데이터를 중계하는 중계 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 중계 시스템은 채널 매트릭스 획득부(310), 유효 간섭 채널 매트릭스 생성부(320), 기준 매트릭스 계산부(330), 유효 채널 매트릭스 생성부(340), 및 빔포밍 매트릭스 생성부(350)을 포함한다.
이 때, 채널 매트릭스 획득부(310)는 복수의 소스 단말들에 포함된 복수의 소스 안테나들과 복수의 릴레이 단말들에 포함된 복수의 릴레이 안테나들 사이의 제1 채널 매트릭스 및 복수의 릴레이 안테나들과 복수의 데스티네이션 단말들에 포함된 복수의 데스티네이션 안테나들 사이의 제2 채널 매트릭스를 획득할 수 있다.
또한, 유효 간섭 채널 매트릭스 생성부(320)는 복수의 소스 단말들 및 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 간섭 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성할 수 있다.
또한, 기준 매트릭스 계산부(330)는 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스(null space)를 나타내는 기준 매트릭스(basis matrix)를 계산할 수 있다.
또한, 유효 채널 매트릭스 생성부(340)는 복수의 소스 단말들 및 복수의 소스 단말들과 페어를 이루는 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 채널 매트릭스를 생성할 수 있다.
또한, 빔포밍 매트릭스 생성부(350)는 유효 채널 매트릭스 및 기준 매트릭스에 기초하여 복수의 릴레이 단말들을 위한 빔포밍 매트릭스들을 생성할 수 있다.
도 3에 도시된 각 모듈들에는 도 1 내지 도 2를 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로 보다 상세한 설명은 생략한다.
도 5는 일 실시예에 따른 복수의 기지국들을 이용하여 복수의 이동 단말들 사이의 데이터를 중계하는 페이즈들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 복수의 소스 단말들 및 복수의 데스티네이션 단말들 각각은 이동 단말이고, 복수의 릴레이 단말들 각각은 기지국일 수 있다.
이 경우, 제1 페이즈(510)에서 복수의 소스 이동 단말들은 복수의 기지국들로 데이터를 전송하고, 제2 페이즈(520)에서 복수의 기지국들은 복수의 데스티네이션 이동 단말들로 해당 데이터를 중계할 수 있다.
도 5에 도시된 이동 단말 및 기지국에는 도 1 내지 도 4를 통하여 기술된 사항들이 그대로 적용될 수 있으므로 보다 상세한 설명은 생략한다.
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 (17)

  1. 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 복수의 단말 페어(pair)들-복수의 소스 단말들 중 제1 소스 단말이 복수의 데스티네이션 단말들 중 제1 데스티네이션 단말로 데이터를 전송하고자 하는 경우 상기 제1 소스 단말과 상기 제1 데스티네이션 단말은 페어를 이룸- 사이의 데이터를 중계(relay)하는 중계 방법에 있어서,
    상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 간섭 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성하는 단계;
    상기 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스(null space)를 나타내는 기준 매트릭스(basis matrix)를 계산하는 단계;
    상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 소스 단말들과 페어를 이루는 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 채널 매트릭스를 생성하는 단계; 및
    상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스에 기초하여 상기 복수의 릴레이 단말들을 위한 빔포밍 매트릭스들을 생성하는 단계
    를 포함하는 중계 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 소스 단말들은 미리 정해진 공간-시간 블록 코드(Space-Time Block Code, STBC) 기법을 이용하여 데이터를 인코딩하고, 상기 복수의 데스티네이션 단말들은 상기 미리 정해진 공간-시간 블록 코드 기법을 이용하여 데이터를 디코딩하는 중계 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성하는 단계는
    상기 복수의 소스 단말들에 포함된 복수의 소스 안테나들과 상기 복수의 릴레이 단말들에 포함된 복수의 릴레이 안테나들 사이의 제1 채널 매트릭스 및 상기 복수의 릴레이 안테나들과 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 포함된 복수의 데스티네이션 안테나들 사이의 제2 채널 매트릭스를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 채널 매트릭스와 상기 제2 채널 매트릭스에 기초하여 상기 유효 간섭 채널 매트릭스를 계산하는 단계
    를 포함하는 중계 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유효 간섭 채널 매트릭스를 계산하는 단계는
    상기 복수의 단말 페어들에 포함되지 않는 소스 단말과 데스티네이션 단말의 간섭 페어를 획득하는 단계;
    상기 간섭 페어에 속하는 소스 단말과 상기 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈(transpose)하는 단계; 및
    상기 어느 하나의 릴레이 단말과 상기 간섭 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 상기 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트(Kronecker product)를 계산하는 단계
    를 포함하는 중계 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유효 간섭 채널 매트릭스는 상기 제1 소스 단말의 안테나들 및 상기 제1 소스 단말과 페어를 이루지 않는 나머지 데스티네이션 단말들의 안테나들 사이의 유효 채널들을 포함하는 중계 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준 매트릭스는 상기 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스에 포함되고, 제로 벡터(zero vector)가 아닌 복수의 널 스페이스 벡터들을 포함하는 중계 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유효 채널 매트릭스를 생성하는 단계는
    상기 복수의 소스 단말들에 포함된 복수의 소스 안테나들과 상기 복수의 릴레이 단말들에 포함된 복수의 릴레이 안테나들 사이의 제1 채널 매트릭스 및 상기 복수의 릴레이 안테나들과 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 포함된 복수의 데스티네이션 안테나들 사이의 제2 채널 매트릭스를 획득하는 단계; 및
    상기 제1 채널 매트릭스와 상기 제2 채널 매트릭스에 기초하여 상기 유효 채널 매트릭스를 계산하는 단계
    를 포함하는 중계 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유효 채널 매트릭스를 계산하는 단계는
    단말 페어에 속하는 소스 단말과 상기 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈하는 단계; 및
    상기 어느 하나의 릴레이 단말과 상기 단말 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 상기 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트를 계산하는 단계
    를 포함하는 중계 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 빔포밍 매트릭스들을 생성하는 단계는
    상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스의 행렬 곱셈(matrix product)을 계산하는 단계;
    상기 행렬 곱셈 된 매트릭스의 최대 고유값에 해당하는 고유 벡터를 계산하는 단계;
    상기 기준 매트릭스 및 상기 고유 벡터의 내적(inner product)을 계산하는 단계; 및
    상기 내적 된 벡터를 행렬화시키는 단계
    를 포함하는 중계 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 빔포밍 매트릭스들을 생성하는 단계는
    상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 의해 사용되는 전송 기법에 따라, 상기 복수의 단말 페어들 사이의 처리량(throughput)을 극대화하는 문제를 포뮬레이션(formulation)하는 단계; 및
    상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스를 이용하여 상기 포뮬레이션된 문제를 풀이함으로써, 상기 빔포밍 매트릭스들을 계산하는 단계
    를 포함하는 중계 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  12. 복수의 릴레이 단말들을 이용하여 복수의 소스 단말들과 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 데이터-상기 데이터는 공간-시간 블록 코드(Space-Time Block Code, STBC) 기법에 따라 생성됨-를 중계(relay)하는 중계 시스템에 있어서,
    상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 간섭 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 간섭 채널 매트릭스를 생성하는 유효 간섭 채널 매트릭스 생성부;
    상기 유효 간섭 채널 매트릭스의 널 스페이스(null space)를 나타내는 기준 매트릭스(basis matrix)를 계산하는 기준 매트릭스 계산부;
    상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 소스 단말들과 페어를 이루는 복수의 데스티네이션 단말들 사이의 채널 매트릭스들에 기초하여 유효 채널 매트릭스를 생성하는 유효 채널 매트릭스 생성부; 및
    상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스에 기초하여 상기 복수의 릴레이 단말들을 위한 빔포밍 매트릭스들을 생성하는 빔포밍 매트릭스 생성부
    를 포함하는 중계 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 소스 단말들에 포함된 복수의 소스 안테나들과 상기 복수의 릴레이 단말들에 포함된 복수의 릴레이 안테나들 사이의 제1 채널 매트릭스 및 상기 복수의 릴레이 안테나들과 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 포함된 복수의 데스티네이션 안테나들 사이의 제2 채널 매트릭스를 획득하는 채널 매트릭스 획득부
    를 더 포함하는 중계 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 유효 간섭 채널 매트릭스 생성부는
    소스 단말 및 상기 소스 단말과 페어를 이루지 않는 데스티네이션 단말의 간섭 페어를 획득하는 간섭 페어 획득부;
    상기 간섭 페어에 속하는 소스 단말과 상기 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈하는 트랜스포즈부; 및
    상기 어느 하나의 릴레이 단말과 상기 간섭 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 상기 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트(Kronecker product)를 계산하는 크로넥커 프로덕트부
    를 포함하는 중계 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 유효 채널 매트릭스 생성부는
    소스 단말 및 상기 소스 단말과 페어를 이루는 데스티네이션 단말의 단말 페어를 획득하는 단말 페어 획득부;
    상기 단말 페어에 속하는 소스 단말과 상기 복수의 릴레이 단말들 중 어느 하나의 릴레이 단말 사이의 채널 매트릭스를 트랜스포즈하는 트랜스포즈부; 및
    상기 어느 하나의 릴레이 단말과 상기 단말 페어에 속하는 데스티네이션 단말 사이의 채널 매트릭스 및 상기 트랜스포즈 된 채널 매트릭스의 크로넥커 프로덕트(Kronecker product)를 계산하는 크로넥커 프로덕트부
    를 포함하는 중계 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 빔포밍 매트릭스들 생성부는
    상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스의 행렬 곱셈(matrix product)을 계산하는 행렬 곱셈부;
    상기 행렬 곱셈 된 매트릭스의 최대 고유값에 해당하는 고유 벡터를 계산하는 고유 벡터 계산부;
    상기 기준 매트릭스 및 상기 고유 벡터의 내적(inner product)을 계산하는 내적부; 및
    상기 내적 된 벡터를 행렬화시키는 행렬화부
    를 포함하는 중계 시스템.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 빔포밍 매트릭스들 생성부는
    상기 복수의 소스 단말들 및 상기 복수의 데스티네이션 단말들에 의해 사용되는 전송 기법에 따라, 상기 복수의 단말 페어들 사이의 처리량(throughput)을 극대화하는 문제를 포뮬레이션(formulation)하는 포뮬레이션부; 및
    상기 빔포밍 매트릭스들을 계산하기 위하여, 상기 유효 채널 매트릭스 및 상기 기준 매트릭스를 이용하여 상기 포뮬레이션된 문제를 풀이하는 풀이부
    를 포함하는 중계 시스템.
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