KR102067050B1 - Communication Method of Access-Point in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system thereof - Google Patents

Communication Method of Access-Point in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102067050B1
KR102067050B1 KR1020180116921A KR20180116921A KR102067050B1 KR 102067050 B1 KR102067050 B1 KR 102067050B1 KR 1020180116921 A KR1020180116921 A KR 1020180116921A KR 20180116921 A KR20180116921 A KR 20180116921A KR 102067050 B1 KR102067050 B1 KR 102067050B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
channel
information
node
isi
factor
Prior art date
Application number
KR1020180116921A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김태영
김동인
Original Assignee
성균관대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교 산학협력단 filed Critical 성균관대학교 산학협력단
Priority to KR1020180116921A priority Critical patent/KR102067050B1/en
Priority to US16/232,523 priority patent/US10999848B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102067050B1 publication Critical patent/KR102067050B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/0202Channel estimation
    • H04L25/0212Channel estimation of impulse response
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/22Scatter propagation systems, e.g. ionospheric, tropospheric or meteor scatter
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0045Arrangements at the receiver end
    • H04L1/0054Maximum-likelihood or sequential decoding, e.g. Viterbi, Fano, ZJ algorithms
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00Baseband systems
    • H04L25/02Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03006Arrangements for removing intersymbol interference
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

The present invention relates to a communication method of an access point in a sparse code-based ambient backscatter system and a system thereof which can obtain diversity gain. According to an embodiment of the present invention, the communication method of an access point in an ambient backscatter system including an access point and a plurality of sensor nodes comprises: a step of receiving a signal transmitted by a non-orthogonal multiple access (NOMA) method from the plurality of sensor nodes; a step of using channel reciprocity with compressed sensing to estimate a dyadic channel of the received signal; and a step of considering inter-symbol interference (ISI) with the estimated dyadic channel to repeatedly update information of a factor node and a variable node a set number of times, and detecting a codeword of the plurality of sensor nodes based on updated results.

Description

스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템에서 액세스 포인트의 통신 방법 및 그 시스템{Communication Method of Access-Point in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system thereof}[Communication Method of Access-Point in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system]

본 발명은 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템에서 액세스 포인트의 통신 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 무선 에너지 하비스팅 기반의 주변 신호 후방산란 통신(Ambient Backscatter Communication: AmBC)에서 센서노드들이 스파스 코드로 부호화한 비직교 다중 접속(Non-orthogonal Multiple Access: NOMA) 신호를 검출하는 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템에서 액세스 포인트의 통신 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and system for communication of an access point in a sparse code based ambient backscatter system, wherein sensor nodes are used as sparse codes in ambient energy backscatter communication (AMBC) based on wireless energy harvesting. The present invention relates to a communication method of an access point and a system in a sparse code based ambient backscatter system that detects a coded non-orthogonal multiple access (NOMA) signal.

사물인터넷 환경에서 TV신호, 와이파이 신호 등을 활용하여, 태그가 후방산란으로 데이터를 변조하고, 수신단에서 이를 검출하는 기법들이 제안되었다. 예를 들어 기존의 와이파이 기반의 AmBC 환경에서 태그가 M-ary 위상 천이 변조(Phase-Shift Keying) 방식으로 데이터를 변조하고, 다이애딕 채널을 거친 후방산란 신호를 와이파이 액세스 포인트에서 ISI로 손상된 부분을 필터링하고 남은 시간 영역의 신호를 최대비 결합 방법(Maximal Ratio Combining)을 이용해 검출하였다. In the Internet of Things environment, a technique of using a TV signal, a Wi-Fi signal, and the like to modulate data by backscattering the tag and to detect it at the receiving end has been proposed. For example, in a traditional Wi-Fi-based AmBC environment, a tag modulates data using M-ary Phase-Shift Keying, and a backscattered signal over a Diadix channel is detected by an ISI-damaged portion of a Wi-Fi access point. After filtering, signals in the remaining time domain were detected using a maximum ratio combining method.

한편 태그들의 전송에는 시간분할 다중접속(Time Division Multiple Access: TDMA) 방식이 사용되어, 다중 접속 간섭(Multiple Access Interference: MAI)을 최소화한 환경을 가정하였다.Meanwhile, a time division multiple access (TDMA) scheme is used to transmit tags, and an environment in which multiple access interference (MAI) is minimized is assumed.

이처럼 종래의 AmBC 기술에서는 ISI 및 MAI를 배제한 직교 다중접속(Orthogonal Multiple Access: OMA) 환경을 주로 다루고 있어서, 대규모 연결성을 지원하기에 적합하지 않으며, 후방산란 통신에서 출현하는 다이애딕 채널의 구조를 신호 검출에 반영하지 않았기 때문에 수신 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio: SNR)에서 손해를 보는 단점이 있다. 또한, 신호의 희소성이 활용되고 있지 않아서, 무선 에너지 하비스팅 효율이 낮거나, 고밀도 네트워크 환경에서는 전송속도가 저하되는 문제점이 있다.As described above, the conventional AmBC technology mainly deals with an Orthogonal Multiple Access (OMA) environment excluding ISI and MAI, and is not suitable for supporting large-scale connectivity. There is a disadvantage in that the loss in the received signal-to-noise ratio (SNR) is not reflected in the detection. In addition, since the signal scarcity is not utilized, the wireless energy harvesting efficiency is low, or the transmission speed is lowered in a high-density network environment.

이와 관련 선행기술로는 대한민국공개특허 제10-2018-0087917호(발명의 명칭: 가변적인 전력 레벨을 이용한 백스캐터 통신 방법 및 이를 위한 태그)가 있다.
Related prior arts include Korean Patent Publication No. 10-2018-0087917 (name of the invention: a backscatter communication method using a variable power level and a tag therefor).

본 발명의 목적은 무선 에너지 하비스팅 기반의 주변 신호 후방산란 통신(Ambient Backscatter Communication: AmBC)에서 대규모 연결성을 지원하고, 수신단에서 MAI 및 ISI를 후방산란 신호의 검출에 활용하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있는 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템에서 액세스 포인트의 통신 방법 및 그 시스템을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to support large-scale connectivity in ambient energy backscatter communication (AMBC) based on wireless energy harvesting, and to obtain diversity gain by utilizing MAI and ISI for detection of backscatter signals at a receiving end. The present invention provides a method and system for communicating an access point in a sparse code-based ambient backscatter system.

본 발명의 다른 목적은 엠비언트 백스캐터 시스템에서 신호 고유의 희소성(Sparsity)을 반복적 복호화에 활용하여 저복잡도 알고리즘을 구현하며, 다이애딕 채널 환경에서 강인한 특성을 보이는 신호 수신 기술을 설계하여, 대규모 사물인터넷 통신망의 서비스 품질을 크게 개선할 수 있는 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템에서 액세스 포인트의 통신 방법 및 그 시스템을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to implement a low complexity algorithm by using the inherent sparsity of the signal in the ambient backscatter system for repetitive decoding, and by designing a signal reception technique that shows robust characteristics in the Diadi channel environment, The present invention provides a method and system for communicating an access point in a sparse code-based ambient backscatter system that can greatly improve the quality of service of a communication network.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem (s) mentioned above, and other object (s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트의 통신 방법은, 액세스 포인트 및 복수의 센서 노드를 포함하는 엠비언트 백스캐터 시스템에서 액세스 포인트의 통신 방법에 있어서, 상기 복수의 센서 노드로부터 NOMA(Non-orthogonal Multiple Access) 방식으로 전송된 신호를 수신하는 단계, 압축 센싱(Compressed Sensing)과 채널 상호성을 이용하여 상기 수신된 신호의 다이애딕 채널을 추정하는 단계, 상기 추정된 다이애딕 채널과 심벌 간 간섭(ISI)을 고려하여 팩터 노드와 베리어블 노드의 정보를 기 설정된 횟수 반복하여 업데이트하고, 상기 업데이트된 결과에 기초하여 상기 복수의 센서 노드의 코드워드를 검출하는 단계를 포함한다. In a communication method of an access point according to an embodiment of the present invention, the access point communication method in an ambient backscatter system including an access point and a plurality of sensor nodes, the non-orthogonal multiple from the plurality of sensor nodes Receiving a signal transmitted in an Access) method, estimating a diadic channel of the received signal using compressed sensing and channel interactivity, the interference between the estimated diadic channel and the symbol (ISI) Taking into consideration the repetition of the information about the factor node and the versatile node, and detecting codewords of the plurality of sensor nodes based on the updated result.

바람직하게는, 상기 수신된 신호는 다이애딕 포워드 채널과 다이애딕 백워드 채널을 통과한 신호일 수 있다. Preferably, the received signal may be a signal that has passed through a dialect forward channel and a dialect backward channel.

바람직하게는, 상기 다이애딕 채널을 추정하는 단계는, 압축 센싱(Compressed Sensing)을 이용하여 복합 채널 정보를 획득하는 단계, 상기 복합 채널 정보에 기초한 채널 상호성을 이용하여 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값을 산출하는 단계, 상기 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값에 기초하여 시간에 따른 나머지 채널들의 임펄스 응답을 추정하는 단계, 상기 추정된 채널들의 임펄스 응답을 이용하여 다이애딕 포워드 채널과 다이애딕 백워드 채널을 추정하는 단계를 포함한다. Preferably, the estimating of the diadic channel comprises: obtaining composite channel information using compressed sensing, and initial value of a first channel impulse response using channel interactivity based on the composite channel information. Estimating an impulse response of the remaining channels over time based on an initial value of the first channel impulse response, and estimating a diadic forward channel and a diadic backward channel using the estimated impulse responses of the channels. It includes a step.

바람직하게는, 상기 다이애딕 포워드 채널

Figure 112018096720928-pat00001
과 다이애딕 백워드 채널
Figure 112018096720928-pat00002
은 아래 수학식을 이용하여 추정할 수 있다.Advantageously, said diadic forward channel
Figure 112018096720928-pat00001
And the Diary Dick Channel
Figure 112018096720928-pat00002
Can be estimated using the following equation.

[수학식][Equation]

Figure 112018096720928-pat00003
Figure 112018096720928-pat00003

여기서,

Figure 112018096720928-pat00004
는 타임슬롯 k에서 전송한 신호, Sk -1 은 타임슬롯 (k-1)에서 전송한 신호,
Figure 112018096720928-pat00005
,
Figure 112018096720928-pat00006
는 퇴플리츠(Toeplitz) 행렬임.here,
Figure 112018096720928-pat00004
Is the signal transmitted in timeslot k, S k -1 is the signal transmitted in timeslot (k-1),
Figure 112018096720928-pat00005
,
Figure 112018096720928-pat00006
Is the Toeplitz procession.

바람직하게는, 상기 복수의 센서 노드의 코드워드를 검출하는 단계는, 다이애딕 팩터 그래프(Factor Graph)를 생성하는 단계, 상기 다이애딕 채널 추정시 획득한 채널 임펄스 응답에 기초하여 ISI 정보 반영 여부를 판단하고, 그 판단결과에 따라 선택적으로 ISI 정보를 반영하여 초기정보를 산출하는 단계, 상기 다이애딕 팩터 그래프에 기초하여 ISI 존재 여부를 판단하고, 그 판단결과에 따라 선택적으로 코드워드 정보를 투사하여 팩터 노드의 정보를 업데이트하고, 상기 업데이트된 정보를 포함하는 제1 메시지를 베리어블 노드로 전송하는 단계, 상기 메시지에 기초하여 ISI 존재 여부를 판단하고, 그 판단결과에 따라 선택적으로 상기 투사된 코드워드 정보를 확장하여 베리어블 노드의 정보를 업데이트하고, 상기 업데이트된 정보를 포함하는 제2 메시지를 상기 팩터 노드로 전송하는 단계. 상기 제1 메시지 및 제2 메시지의 전달 과정이 상기 횟수만큼 반복된 경우, 로그 우도비(Log-Likelihood Ratio)를 출력하는 단계, 상기 로그 우도비에 기초하여 각 센서 노드의 코드워드를 검출하는 단계를 포함한다. Preferably, the detecting of the codewords of the plurality of sensor nodes comprises: generating a factor factor graph and determining whether to reflect ISI information based on a channel impulse response obtained when the diadic channel is estimated. Determining, and calculating initial information by selectively reflecting the ISI information according to the determination result, determining whether the ISI exists based on the diadic factor graph, and selectively projecting codeword information according to the determination result. Updating information of a factor node, transmitting a first message including the updated information to a versatile node, determining whether there is an ISI based on the message, and selectively projecting the code according to the determination result Expand the word information to update the information of the versatile node, and receive a second message including the updated information. Transmitting to the factor node. Outputting a log likelihood ratio when the process of delivering the first message and the second message is repeated the number of times; detecting a codeword of each sensor node based on the log likelihood ratio; It includes.

바람직하게는, 상기 초기정보를 산출하는 단계는, 상기 채널 임펄스 응답에서 ISI가 발생한 임계 시간을 기준으로, 상기 임계 시간 이내의 신호는 ISI 정보를 반영하여 초기 정보를 산출할 수 있다. Preferably, the calculating of the initial information may be performed based on a threshold time at which ISI occurs in the channel impulse response, and the signal within the threshold time reflects ISI information to calculate initial information.

바람직하게는, 상기 제1 메시지를 베리어블 노드로 전송하는 단계는, 상기 다이애딕 팩터 그래프에서 각 행들의 '1'의 개수에 기초하여 ISI 존재 유무를 판단하는 단계, 상기 판단결과 ISI가 존재하는 경우 팩터 노드를 계산하여 제1 메시지를 베리어블 노드로 전송하고, ISI가 존재하지 않은 경우 코드워드 정보를 투사하여 팩터 노드를 계산한 후, 제1 메시지를 베리어블 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. Preferably, the step of transmitting the first message to the versatile node comprises: determining the presence or absence of ISI based on the number of '1's of each row in the diadic factor graph; If the factor node is calculated and transmits the first message to the verifiable node, if the ISI does not exist, calculating the factor node by projecting codeword information, and then transmitting the first message to the verifiable node; Can be.

바람직하게는, 상기 제2 메시지를 상기 팩터 노드로 전송하는 단계는, 상기 다이애딕 팩터 그래프에서 각 행들의 '1'의 개수에 기초하여 ISI 존재 유무를 판단하는 단계, 상기 판단결과 ISI가 존재하는 경우 베리어블 노드를 계산하여 제2 메시지를 팩터 노드로 전송하고, ISI가 존재하지 않은 경우 상기 투사된 코드워드 정보를 확장하여 베리어블 노드를 계산한 후, 제2 메시지를 팩터 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. Preferably, the transmitting of the second message to the factor node comprises: determining whether ISI is present based on the number of '1's of each row in the diadic factor graph, and the ISI is present. In the case of calculating a versatile node and transmitting a second message to the factor node, and if there is no ISI, calculating the verifiable node by expanding the projected codeword information and transmitting the second message to the factor node. It may include.

바람직하게는, 상기 각 센서 노드의 코드워드를 검출하는 단계는, 상기 로그 우도비가 양수인 경우 '0'으로 복호하고, 음수인 경우 '1'로 복호하여 각 센서노드의 코드워드를 검출할 수 있다. Preferably, the step of detecting the codeword of each sensor node, if the log likelihood ratio is positive, it can be decoded to '0', if it is negative it can be decoded to '1' to detect the codeword of each sensor node. .

본 발명의 다른 실시예에 따른 액세스 포인트는, 복수의 센서 노드로부터 NOMA(Non-orthogonal Multiple Access) 방식으로 전송된 신호를 수신하는 송수신부, 압축 센싱(Compressed Sensing)과 채널 상호성을 이용하여 상기 수신된 신호의 다이애딕 채널을 추정하는 채널 추정부, 상기 추정된 다이애딕 채널과 심벌 간 간섭(ISI)을 고려하여 팩터 노드와 베리어블 노드의 정보를 기 설정된 횟수 반복하여 업데이트하고, 상기 업데이트된 결과에 기초하여 상기 복수의 센서 노드의 코드워드를 검출하는 신호 검출부를 포함한다. An access point according to another embodiment of the present invention, a transceiver for receiving a signal transmitted in a non-orthogonal multiple access (NOMA) method from a plurality of sensor nodes, the reception using the compression sensing (Compressed Sensing) and channel interactivity A channel estimator for estimating a didic channel of the decoded signal, repeatedly updating information of a factor node and a versatile node in consideration of the estimated diadic channel and symbol interference (ISI), and updating the result; And a signal detector for detecting codewords of the plurality of sensor nodes.

바람직하게는, 상기 채널 추정부는, 압축 센싱을 이용하여 복합 채널 정보를 획득하고, 상기 복합 채널 정보에 기초한 채널 상호성을 이용하여 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값을 산출하며, 상기 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값에 기초하여 시간에 따른 나머지 채널들의 임펄스 응답을 추정하고, 상기 추정된 채널들의 임펄스 응답을 이용하여 다이애딕 포워드 채널과 다이애딕 백워드 채널을 추정할 수 있다. Preferably, the channel estimator obtains composite channel information using compression sensing, calculates an initial value of a first channel impulse response using channel interactivity based on the composite channel information, and initializes the first channel impulse response. The impulse response of the remaining channels over time may be estimated based on the value, and the diadic forward channel and the diadic backward channel may be estimated using the estimated impulse response of the channels.

바람직하게는, 상기 신호 검출부는, 다이애딕 팩터 그래프를 생성하고, 상기 다이애딕 팩터 그래프에 기초하여 ISI 존재 여부를 판단하며, 그 판단결과에 따라 선택적으로 코드워드 정보를 투사하여 팩터 노드의 정보를 업데이트하고, 상기 ISI 존재 여부에 따라 상기 투사된 코드워드 정보를 확장하여 베리어블 노드의 정보를 업데이트하며, 상기 팩터노드 및 베리어블 노드의 정보 업데이트가 상기 횟수만큼 반복된 경우 로그 우도비를 출력하고, 상기 로그 우도비에 기초하여 각 센서 노드의 코드워드를 검출할 수 있다. Preferably, the signal detection unit generates a didic factor graph, determines whether ISI is present based on the diadic factor graph, and selectively codes codeword information according to the determination result to display information of the factor node. Update the information of the variable node by expanding the projected codeword information according to the presence or absence of the ISI, and output a log likelihood ratio when the information update of the factor node and the variable node is repeated the number of times. The codeword of each sensor node may be detected based on the log likelihood ratio.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템은, 주변 무선 신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적하고, 기 설정된 임계치 이상의 에너지가 축적되어 활성 상태로 전환된 경우 M차 데이터를 기 정의된 매핑함수에 투사하여 심볼을 생성하고, 상기 심볼을 확산하여 스파스 코드워드를 생성하며, 상기 스파스 코드워드를 액세스 포인트로부터 수신한 반송파를 반사하여 NOMA(Non-orthogonal Multiple Access) 방식으로 전송하는 복수의 센서 노드, 압축 센싱과 채널 상호성을 이용하여 상기 복수의 센서 노드로부터 수신된 신호의 다이애딕 채널을 추정하고, 상기 추정된 다이애딕 채널과 심벌 간 간섭(ISI)을 고려하여 팩터 노드와 베리어블 노드의 정보를 기 설정된 횟수 반복하여 업데이트하며, 상기 업데이트된 결과에 기초하여 상기 복수의 센서 노드의 코드워드를 검출하는 액세스 포인트를 포함한다.
According to another embodiment of the present invention, a sparse code-based ambient backscatter system accumulates energy by harvesting an ambient wireless signal and stores M-order data when energy above a predetermined threshold is accumulated and converted into an active state. A symbol is generated by projecting onto a predefined mapping function, a sparse codeword is generated by spreading the symbol, and a non-orthogonal multiple access (NOMA) scheme is performed by reflecting a carrier wave received from an access point. A plurality of sensor nodes to be transmitted, estimates a didic channel of a signal received from the plurality of sensor nodes using compression sensing and channel interactivity, and considers the estimated diacetic channel and the interference between symbols (ISI) Update the information of the node and the versatile node repeatedly for a predetermined number of times, based on the updated result And an access point for detecting codewords of the plurality of sensor nodes.

본 발명에 따른 SC-AmBC는 NOMA를 가능하게 하므로 대규모 연결성을 지원할 수 있으며, 시간영역에서 다중경로 다이버시티를 이용한 효과적인 수신 신호 검출이 가능하다. Since SC-AmBC according to the present invention enables NOMA, it can support large-scale connectivity, and enables effective reception signal detection using multipath diversity in time domain.

또한, 본 발명의 스파스 코드는 MAI와 ISI를 버리지 않고 후방산란 신호의 검출에 활용함으로서, 다이버시티 이득을 얻을 수 있으며 비트 오류율까지 감소시키는 장점이 있다.In addition, the sparse code of the present invention can be used to detect backscattered signals without discarding MAI and ISI, thereby obtaining diversity gain and reducing bit error rate.

따라서, 본 발명은 와이파이를 기반으로 구축되는 스마트홈에 접목할 수 있고, 저전력 무선 디바이스가 밀집된 통신망과 신호의 수신 성능이 열악한 주변신호 후방 산란에 적용되어 서비스 품질을 높이는 데 이바지할 수 있다. 특히 저전력 사물인터넷 통신망에서 태그들의 대규모 연결을 지원하기 위해서 본 발명이 긴밀하게 활용될 수 있다.Therefore, the present invention can be applied to a smart home built on the basis of Wi-Fi, and a low-power wireless device can be applied to a dense communication network and poor signal back scattering of poor signal reception, thereby contributing to improving service quality. In particular, the present invention may be closely utilized to support large-scale connection of tags in a low-power IoT network.

한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
On the other hand, the effects of the present invention is not limited to the above-mentioned effects, various effects may be included within the scope apparent to those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템(SC-AmBC)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템의 듀티사이클링을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-AmBC에서 송수신되는 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-AmBC의 프로토콜 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템(SC-AmBC)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그가 데이터를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-AmBC의 매핑함수를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트가 채널을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방산란 신호를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이애딕 팩터 그래프를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 SC-AmBC 방식과 기존의 TD-AmBC 방식의 M-ary 변조 성능을 비교한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 SC-AmBC 방식과 기존의 TD-AmBC 방식의 듀티사이클링 동작 성능을 비교한 그래프이다.
도 16은 본 발명의 SC-AmBC 방식과 기존의 TD-AmBC 방식의 다이애딕 채널에서의 성능을 비교한 그래프이다.
도 17은 본 발명의 SC-AmBC 방식과 기존의 TD-AmBC 방식의 반사계수에 따른 성능을 비교한 그래프이다.
1 is a view for explaining a sparse code based ambient backscatter system (SC-AmBC) according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating duty cycling of a sparse code based ambient backscatter system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining a signal transmitted and received in the SC-AmBC according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a protocol structure of an SC-AmBC according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for describing an operation of a sparse code based ambient backscatter system (SC-AmBC) according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a method of transmitting data by a tag according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a mapping function of SC-AmBC according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a sensor node according to an embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining the operation of the access point according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a method for estimating a channel by an access point according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram for describing a method of detecting a backscattered signal according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 12 is a diagram for describing a didic factor graph according to an embodiment of the present invention. FIG.
13 is a view for explaining the configuration of an access point according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph comparing the M-ary modulation performance of the SC-AmBC method and the conventional TD-AmBC method of the present invention.
15 is a graph comparing the duty cycling operation performance of the SC-AmBC method and the conventional TD-AmBC method of the present invention.
FIG. 16 is a graph comparing performance of a didic channel of the SC-AmBC method and the conventional TD-AmBC method of the present invention.
17 is a graph comparing the performance according to the reflection coefficient of the SC-AmBC method and the conventional TD-AmBC method of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the drawings, similar reference numerals are used for similar elements.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수개의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수개의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and are not construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.

본격적인 설명에 앞서서 명세서에서 설명되는 용어에 대해 설명 내지 정의하기로 한다. Prior to the full description, the terms described in the specification will be described or defined.

비직교 다중 접속(Non-orthogonal Multiple Access: NOMA)은 직교하지 않은 동일한 시간/주파수 자원을 복수의 장치가 함께 사용하도록 하여 시스템의 성능을 높이고, 장치들에 대한 스케줄링의 공평성(Fairness)을 높이는 기술이다. Non-orthogonal multiple access (NOMA) is a technology that improves system performance and improves fairness of scheduling for devices by allowing multiple devices to use the same non-orthogonal time / frequency resources. to be.

NOMA 시스템에서 액세스 포인트는 동일한 시간/주파수 자원을 다수의 장치들에게 할당하고, 각 장치들은 신호들을 중첩(superposition)하여 전송한다. 액세스 포인트는 수신한 신호에서 다른 장치들의 신호를 제거(Successive Interference Cancellation)한 각 장치의 신호를 복원한다.In a NOMA system, an access point allocates the same time / frequency resource to multiple devices, and each device transmits signals in superposition. The access point restores a signal of each device that has successively canceled a signal of other devices from the received signal.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템(SC-AmBC)을 설명하기 위한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템의 듀티사이클링을 설명하기 위한 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-AmBC에서 송수신되는 신호를 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-AmBC의 프로토콜 구조를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a sparse code based ambient backscatter system (SC-AmBC) according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a sparse code based ambient backscatter system according to an embodiment of the present invention FIG. 3 is a diagram for describing duty cycling, and FIG. 3 is a diagram for explaining a signal transmitted and received at the SC-AmBC according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating a protocol structure of the SC-AmBC according to an embodiment of the present invention. It is a figure for demonstrating.

도 1을 참조하면, 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템(SC-AmBC)은 액세스 포인트(AP, Access Point)(100), 단말 장치(200), 센서 노드(300)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a sparse code-based ambient backscatter system (SC-AmBC) includes an access point (AP) 100, a terminal device 200, and a sensor node 300.

액세스 포인트(100)는 RF 신호를 송출하며, 주변 기기의 무선 네트워크의 연결을 지원하는 것으로, 예컨대 와이파이 무선 신호를 브로드캐스팅하여 송출할 수 있다. 그리고, 액세스 포인트(100)는 송출된 무선 신호를 이용하여 연결된 단말 장치(200)의 무선 네트워크의 접속을 지원하는 과정을 수행할 수 있다. The access point 100 transmits an RF signal and supports connection of a wireless network of a peripheral device. For example, the access point 100 may broadcast and transmit a Wi-Fi wireless signal. The access point 100 may perform a process of supporting connection of a wireless network of the connected terminal device 200 by using the transmitted wireless signal.

단말 장치(200)는 액세스 포인트(100)로부터 송출되는 무선 신호를 수신하고, 이에 따라 액세스 포인트(100)와의 연결 절차에 따라 채널이 설정되면, 설정된 채널을 통해 무선 네트워크에 접속하여 데이터를 송수신할 수 있는 사용자의 장치를 의미한다. 이러한 단말 장치(200)는 통상의 휴대폰, 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등과 같이 무선 인터넷 통신 모듈, 예컨대 와이파이(Wi-Fi) 통신 모듈을 포함하여 구성될 수 있으며, 센서노드(300)가 태그인 경우 태그를 태깅할 수 있는 일종의 리더기(reader)라 지칭될 수 있다.The terminal device 200 receives a radio signal transmitted from the access point 100, and accordingly, if a channel is set according to a connection procedure with the access point 100, the terminal device 200 accesses a wireless network through the established channel to transmit and receive data. Means the user's device. The terminal device 200 may be configured to include a wireless Internet communication module, such as a Wi-Fi communication module, such as a typical mobile phone, smartphone, tablet PC, laptop, etc., the sensor node 300 is a tag In this case, it may be referred to as a kind of reader capable of tagging.

센서 노드(300)는 별도의 전원 공급 장치(배터리)가 존재하지 않는 무 전지의 장치로, 액세스 포인트(100)로부터 무선 신호를 수신하여 이를 에너지 하베스팅(energy harvesting), 즉 수신된 무선 신호를 이용하여 소량의 에너지를 충전하여 동작할 수 있는 장치를 의미한다. 이러한 센서 노드(300)는 태그, 초소형 센서 장치 또는 IoT 장치 또는 웨어러블 디바이스와 같이 전원 공급이 어려운 초소형 장치 혹은 휴대형 장치일 수 있다.The sensor node 300 is a batteryless device that does not have a separate power supply (battery). The sensor node 300 receives a radio signal from the access point 100 and collects energy harvesting, that is, a received radio signal. It refers to a device that can operate by charging a small amount of energy using. The sensor node 300 may be a micro device or a portable device that is difficult to supply power such as a tag, a micro sensor device, or an IoT device or a wearable device.

센서 노드(300)는 액세스 포인트(100)로부터 송출되는 무선 신호를 흡수하거나 반사할 수 있으며, 수신한 RF 신호를 이용하여 엠비언트 후방산란 통신 기법으로 정보를 전달할 수 있다. 즉, 센서 노드(300)는 듀티사이클링 동작으로 비활성 상태(Idle State)에서는 액세스 포인트로부터 송출되는 RF 신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적하고, 충분한 양의 에너지가 모이게 되면, 활성 상태(Active State)로 전환되어 후방산란을 위해 코드워드를 생성한다. 이때, 센서 노드(300)는 코드워드를 매핑 함수로 투사(Projection)하는 방법을 적용하여 적은 수의 심벌로 M-ary 데이터를 부호화시킨다. 이렇게 생성되는 코드워드는 신호의 희소성 성질로 인해 스파스 코드워드이며, 다차원 신호 공간으로 데이터가 부호화되기 때문에 채널의 왜곡과 감쇄에 강인한 특징을 지닌다.The sensor node 300 may absorb or reflect the radio signal transmitted from the access point 100, and may transmit information to the ambient backscatter communication technique using the received RF signal. That is, the sensor node 300 accumulates energy by harvesting an RF signal transmitted from an access point in an idle state due to a duty cycling operation, and accumulates energy, and when a sufficient amount of energy is collected, an active state Is converted to generate a codeword for backscattering. At this time, the sensor node 300 encodes M-ary data with a small number of symbols by applying a method of projecting a codeword to a mapping function. The generated codewords are sparse codewords due to the sparsity of the signals, and are robust to channel distortion and attenuation because data is encoded in a multidimensional signal space.

또한, 센서 노드(300)는 액세스 포인트(100)로부터 수신한 반송파에 코드워드를 실어서 전송한다. 이때, 센서 노드들(300)은 NOMA 방식으로 코드워드를 전송하므로, 코드워드들은 서로 중첩되어 전송되며, 다이애딕 채널을 통과하고 액세스 포인트(100)에 도달하면 심벌간 간섭으로 크게 왜곡되게 된다.In addition, the sensor node 300 loads a codeword on a carrier received from the access point 100 and transmits the codeword. In this case, since the sensor nodes 300 transmit the codewords in the NOMA method, the codewords are overlapped with each other, and when the sensor nodes 300 pass through the diadic channel and reach the access point 100, they are greatly distorted due to intersymbol interference.

한편, 본 발명에 따른 시스템의 듀티사이클링은 도 2에 도시된 바와 같이 태그와 태그 사이의 사이클이 서로 겹쳐 MAI(Multiple Access Interference) 가 발생할 수 있고, 전송되는 심벌들이 지연확산으로 겹쳐 ISI(Intersymbol Interference)가 발생하는 구조로 되어 있다. 구체적으로, 태그는 전체

Figure 112018096720928-pat00007
개의 타임 슬롯 중에
Figure 112018096720928-pat00008
타임 슬롯 동안 활성화되므로, 듀티사이클(D)은
Figure 112018096720928-pat00009
을 만족한다. 또한, 태그와 태그 사이의 데이터 전송은 비직교 방식으로 일어나므로 MAI가 발생하고, 코드워드에서
Figure 112018096720928-pat00010
개의 심벌 사이에 심벌 간 간섭(Intersymbol Interference: ISI)이 존재한다. 만약,
Figure 112018096720928-pat00011
을 만족한다면, 이러한 간섭들은 신호의 코드워드의 희박성(sparsity)을 이용한 메시지 전달 알고리즘(Message Passing Algorithm: MPA)로 완화시킬 수 있다. 이에, 액세스 포인트(100)는 MPA(Message Passing Algorithm)과 같은 낮은 복잡도 알고리즘을 이용하여 중첩된 코드워드로부터 각 센서노드(300)의 코드워드를 검출할 수 있다. Meanwhile, in the duty cycling of the system according to the present invention, as shown in FIG. 2, a cycle between tags and tags may overlap each other, and multiple access interference (MAI) may occur. ) Is generated. Specifically, the tag is full
Figure 112018096720928-pat00007
Of time slots
Figure 112018096720928-pat00008
Active during the time slot, the duty cycle (D)
Figure 112018096720928-pat00009
To satisfy. In addition, since data transfer between tags occurs in a non-orthogonal manner, MAI occurs,
Figure 112018096720928-pat00010
Intersymbol Interference (ISI) is present between the two symbols. if,
Figure 112018096720928-pat00011
These interferences can be mitigated with a Message Passing Algorithm (MPA) using the sparsity of the codeword of the signal. Accordingly, the access point 100 may detect the codeword of each sensor node 300 from the overlapping codewords using a low complexity algorithm such as a message passing algorithm (MPA).

한편, 센서 노드들(300)이 전송한 코드워드들은 다이애딕 채널을 통과하고 액세스 포인트에 도달하면 심벌간 간섭으로 크게 왜곡되게 된다. 즉, 다이애딕 채널은 포워드 채널과 백워드 채널로 구성되기 때문에, ISI로 신호가 두 번 왜곡되므로, 액세스 포인트(100)에서 수신한 신호는 상당한 왜곡을 받게 된다.On the other hand, the codewords transmitted by the sensor nodes 300 are greatly distorted due to intersymbol interference when they pass through the diadic channel and reach the access point. In other words, since the diacdic channel is composed of a forward channel and a backward channel, since the signal is distorted twice by ISI, the signal received by the access point 100 is subject to considerable distortion.

이러한 SC-AmBC의 신호에 대해 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 도 3의 (a)와 같이 액세스 포인트(100)에서 전송한 신호

Figure 112018096720928-pat00012
는 임펄스 응답
Figure 112018096720928-pat00013
으로 표현되는 포워드 채널을 통과하게 되므로, (b)와 같이 태그
Figure 112018096720928-pat00014
(300)에서 수신한 신호는 ISI로 왜곡된다. 한편, 태그(300)에서 반사 계수(Reflection Coefficient)
Figure 112018096720928-pat00015
으로 후방 산란되어 액세스 포인트(100)로 도달한 신호는 백워드 채널을 거치면서 다시한번 왜곡되므로, (c)와 같이 시간영역 수신 신호의 상당 부분이 왜곡되는 현상이 발생한다. The signal of the SC-AmBC will be described with reference to FIG. 3. Signal transmitted from the access point 100 as shown in Figure 3 (a)
Figure 112018096720928-pat00012
Impulse response
Figure 112018096720928-pat00013
Since it passes through the forward channel represented by, as shown in (b)
Figure 112018096720928-pat00014
The signal received at 300 is distorted with ISI. Meanwhile, the reflection coefficient in the tag 300 is reflected.
Figure 112018096720928-pat00015
Since the signal scattered back to the access point 100 is distorted once again through the backward channel, a large portion of the time-domain received signal is distorted as shown in (c).

이처럼, 다이애딕 채널이 포워드 채널, 백워드 채널로 구성되어, ISI로 신호가 두 번 왜곡되므로, 액세스 포인트(100)에서 수신한 신호는 상당한 왜곡을 받게 된다. 따라서 시간 영역에서 이처럼 신호의 왜곡을 고려한 새로운 채널 추정 방법이 필요하게 된다.In this way, since the diad channel consists of a forward channel and a backward channel, and the signal is distorted twice by the ISI, the signal received by the access point 100 is subjected to considerable distortion. Therefore, there is a need for a new channel estimation method that takes into account the distortion of signals in the time domain.

이에, 액세스 포인트(100)는 D-CEA 알고리즘(Dyadic Channel Estimation Algorithm)을 이용하여 채널 정보를 추정하고, 다이애딕 MPA(D-MPA)를 적용하여 중첩된 스파스 코드워드를 검출한다. 여기서, D-CEA 알고리즘과 다이애딕 MPA는 다이애딕 채널 모델과 ISI를 고려하여 채널 추정 및 코드워드를 검출하는 알고리즘으로, 상세한 설명은 후술하기로 한다. 다이애딕 채널 모델은 기존의 통신 시스템에서 주로 쓰이는 레일리 페이딩 채널과는 다른 신호 특성을 보이며, ISI에 의한 수신 신호 왜곡, 이중 채널 감쇄 등 후방산란 통신의 고유한 성질을 가지고 있다. 또한, 대부분의 후방산란 통신을 위한 수신단 구조는 가드 타임이나 Cyclic Prefix를 이용하여 ISI를 제거하는 방법을 주로 쓰고 있으므로, 이 과정에서 SNR의 손실이 발생하고 있다. 만약 ISI를 제거하지 않고 시간 영역에서 반복적 전달 알고리즘에 활용하면 SNR의 손실을 방지할 수 있어서 수신 신호 검출 성능을 크게 개선할 수 있다.Accordingly, the access point 100 estimates channel information by using a D-CEA algorithm (D-CEA algorithm), and detects overlapping sparse codewords by applying a Dyadic MPA (D-MPA). Here, the D-CEA algorithm and the Diaddic MPA are algorithms for detecting the channel estimation and the codeword in consideration of the Diaddic channel model and the ISI, which will be described later. Diadyk channel model has different signal characteristics from Rayleigh fading channel used in the existing communication system, and has inherent characteristics of backscatter communication such as received signal distortion by ISI and dual channel attenuation. In addition, since most receiver structures for backscatter communication use a method of removing ISI using guard time or Cyclic Prefix, loss of SNR occurs in this process. If it is used in the iterative propagation algorithm in the time domain without removing the ISI, the loss of the SNR can be prevented, thereby greatly improving the reception signal detection performance.

한편, 상기와 같이 구성된 시스템은 비직교 다중 접속(Non-orthogonal Multiple Access: NOMA)을 지원하므로 도 4와 같은 프로토콜 구조를 갖는다. 도 4를 참조하면, 프로토콜 구조는 채널 추정(Channel Estimation) 단계와 데이터 전송(Data Transmission) 단계로 구성된다. 채널 추정 단계에서는 자가 간섭 제거(Self-Interference Cancellation)를 위해 자가 간섭(Self-Interference) 채널을 추정하고, NOMA를 위해 다수의 후방 산란(Backscatter) 채널을 추정한다. 한편, 신호의 희소성으로 인하여 후방 산란 채널들은 압축 센싱(Compressed Sensing) 기술을 이용하여 저복잡도로 추정이 가능하다. 데이터 전송 단계에서 액세스 포인트(100)는 태그(300)의 후방 산란을 위한 반송파 신호를 전송하게 되면,

Figure 112018096720928-pat00016
개의 태그들은 이 신호를 활용하여 데이터를 변조하여 전송할 수 있다. 데이터 전송 단계에서 시간은
Figure 112018096720928-pat00017
개의 타임 슬롯들로 분할되고, 각각의 타임 슬롯은
Figure 112018096720928-pat00018
개의 샘플링 주기가 된다.On the other hand, the system configured as described above supports a non-orthogonal multiple access (NOMA) and thus has a protocol structure as shown in FIG. Referring to FIG. 4, the protocol structure includes a channel estimating step and a data transmission step. In the channel estimation step, a self-interference channel is estimated for self-interference cancellation, and a plurality of backscatter channels are estimated for NOMA. On the other hand, due to signal scarcity, the backscattering channels can be estimated with low complexity using a compressed sensing technology. If the access point 100 transmits a carrier signal for backscattering the tag 300 in the data transmission step,
Figure 112018096720928-pat00016
The tags can use this signal to modulate and transmit the data. In the data transfer phase, the time is
Figure 112018096720928-pat00017
Into time slots, each time slot being
Figure 112018096720928-pat00018
Sampling periods.

상술한 구조의 프로토콜을 통해 액세스 포인트(100)는 자가 간섭 채널과 후방산란 채널을 추정할 수 있고, 센서 노드들(300)은 다중으로 동시에 데이터를 전송할 수 있으며, 액세스 포인트(100)로부터 송출된 신호를 이용하여 에너지 하비스팅 하거나 후방산란을 위한 반송파로 활용할 수 있다.Through the protocol of the above-described structure, the access point 100 can estimate the self-interference channel and the backscattering channel, and the sensor nodes 300 can transmit data simultaneously in multiple times, and are transmitted from the access point 100. The signal can be used for energy harvesting or as a carrier for backscattering.

한편, 도 1에서는 센서 노드(300)로 설명하였으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 태그로 한정하여 설명하기로 한다. Meanwhile, in FIG. 1, the sensor node 300 has been described, but for the convenience of description, the following description will be limited to tags.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템(SC-AmBC)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 5 is a diagram for describing an operation of a sparse code based ambient backscatter system (SC-AmBC) according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 액세스 포인트가 RF 신호를 브로드캐스팅하면(S510), 태그 1 및 태그 2는 액세스 포인트로부터 수신한 RF 신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적한다(S520).Referring to FIG. 5, when the access point broadcasts an RF signal (S510), the tag 1 and tag 2 accumulate energy by energy harvesting the RF signal received from the access point (S520).

그런 후, 태그 1 및 태그 2는 기 설정된 임계치 이상의 에너지가 축적되면 활성 상태로 전환되고(S530), 후방산란을 위해 코드워드를 생성한다(S540). 태그가 코드워드를 생성하는 방법에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.Then, tag 1 and tag 2 is switched to the active state when the energy of the predetermined threshold or more is accumulated (S530), and generates a codeword for backscattering (S540). A detailed description of how a tag generates a codeword will be described later.

단계 S540이 수행되면, 태그 1 및 태그 2는 코드워드를 액세스 포인트로부터 수신한 반송파를 반사하여 전송하고(S550), 액세스 포인트는 중첩된 코드워드들을 수신한다(S560). 이때, 태그 1 및 태그 2는 NOMA 방식으로 코드워드를 전송하므로, 코드워드들은 서로 중첩되어 전송되며, 다이애딕 채널을 통과하고 액세스 포인트에 도달하면 심벌간 간섭으로 크게 왜곡되게 된다.When the step S540 is performed, the tag 1 and the tag 2 reflects and transmits the codeword received from the access point (S550), and the access point receives the overlapped codewords (S560). In this case, since tag 1 and tag 2 transmit codewords in a NOMA manner, the codewords are superimposed on each other, and are greatly distorted due to intersymbol interference when passing through the diadic channel and reaching the access point.

단계 S560의 수행으로 중첩된 코드워드들을 수신한 액세스 포인트는 다이애딕 채널을 추정하고(S570), 추정된 다이애딕 채널을 이용하여 태그 1 및 태그 2의 코드워드를 검출한다(S580). 이때, 액세스 포인트는 D-CEA 알고리즘(Dyadic Channel Estimation Algorithm)을 이용하여 채널 정보를 추정하고, 다이애딕 MPA(D-MPA)를 적용하여 중첩된 스파스 코드워드를 검출한다. 즉, 액세스 포인트는 압축 센싱과 채널 상호성을 이용하여 태그 1 및 태그 2로부터 수신된 신호의 다이애딕 채널을 추정하고, 추정된 다이애딕 채널과 심벌 간 간섭(ISI)을 고려하여 팩터 노드와 베리어블 노드의 정보를 기 설정된 횟수 반복하여 업데이트하며, 그 업데이트된 결과에 기초하여 태그 1 및 태그 2의 코드워드를 검출한다.The access point that receives the overlapped codewords by performing step S560 estimates a didic channel (S570), and detects the codewords of tag 1 and tag 2 using the estimated diadic channel (S580). In this case, the access point estimates channel information by using a D-CEA algorithm (D-CEA algorithm), and detects overlapping sparse codewords by applying a Ddi-MPA (D-MPA). That is, the access point estimates the didic channel of the signal received from the tag 1 and the tag 2 using compression sensing and channel interactivity, and considers the factor node and the variable by considering the estimated diacetic channel and symbol interference (ISI). The node information is updated repeatedly by a predetermined number of times, and codewords of tag 1 and tag 2 are detected based on the updated result.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태그가 데이터를 전송하는 방법을 설명하기 위한 도면, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SC-AmBC의 매핑함수를 설명하기 위한 도면이다. 6 is a diagram illustrating a method of transmitting data by a tag according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating a mapping function of an SC-AmBC according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 태그는 비활성 상태에서 액세스 포인트로부터 수신한 RF 신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적하여(S610), 기 설정된 임계치 이상의 에너지가 축적되는지를 판단한다(S620).Referring to FIG. 6, the tag accumulates energy by harvesting an RF signal received from an access point in an inactive state (S610), and determines whether energy above a predetermined threshold is accumulated (S620).

단계 S620의 판단결과, 임계값 이상의 에너지가 축적되면, 태그는 활성 상태로 전환되어(S630), M-ary 데이터를 생성한다(S640).As a result of the determination of step S620, when energy above the threshold is accumulated, the tag is switched to the active state (S630), and generates M-ary data (S640).

즉, 태그는 수신전력이 회로 전력보다 큰 경우 활성상태로 전환된다. 예컨대, 수신전력 500nW > 회로전력 400nW 인 경우 태그는 활성화 상태로 되고, 수신전력 300nW < 회로전력 400nW 인 경우 비활성화 상태로 된다. That is, the tag is switched to the active state when the received power is greater than the circuit power. For example, the tag is activated when the received power is 500nW> 400nW, and is deactivated when the received power is 300nW <400nW.

태그는 활성화 상태로 전환되면, log2M 비트 데이터를 생성한다. When the tag goes active, it generates log 2 M bit data.

예를 들어, 태그의 개수 N = 6이고, M = 4인 경우, 각 태그는 log24 비트(2비트)의 데이터를 생성한다. 즉, 태그 1의 데이터: [01], 태그 2의 데이터: [11], 태그 3의 데이터: [00], 태그 4의 데이터: [10], 태그 5의 데이터: [11], 태그 6의 데이터: [00] 와 같이 각 태그는 2비트 데이터를 생성할 수 있다. For example, if the number of tags N = 6 and M = 4, each tag generates log 2 4 bits (2 bits) of data. That is, data of tag 1: [01], data of tag 2: [11], data of tag 3: [00], data of tag 4: [10], data of tag 5: [11], tag 6. Data: As shown, each tag can generate 2-bit data.

단계 S640이 수행되면, 태그는 M차 데이터를 기 정의된 매핑함수에 투사하여 심볼을 생성한다(S650). 이때, 태그는 매핑함수로 활성 타임 슬롯 K1 길이의 심볼들을 생성할 수 있다. 예컨대, K1 = 2인 경우, 태그는 M-ary 데이터를 매핑함수에 투사하여 길이가 2인 심볼로 변환할 수 있다.When the step S640 is performed, the tag generates a symbol by projecting the M-order data to the predefined mapping function (S650). In this case, the tag may generate symbols having an active time slot K 1 length using a mapping function. For example, when K 1 = 2, the tag may convert M-ary data into a symbol having a length of 2 by projecting the mapping function.

여기서, 투사(Projection)는 데이터가 부호화된 심벌의 개수를 감소시킨다는 의미일 수 있다. 예를들어 투사가 없다면 M = 4 일 때, 심벌은 복소수 1, -1, j, -j 로 4개가 필요하지만, 투사가 적용된다면 심벌은 도 7의 (b)와 같이 실수 1, 0, -1의 3개만 필요하게 되어 데이터의 부호화 및 복호화를 구현하는데 필요한 복잡도를 크게 줄일 수 있다.Here, projection may mean reducing the number of symbols in which data is encoded. For example, if there is no projection, when M = 4, four symbols of complex 1, -1, j, and -j are required, but if projection is applied, the symbols are real 1, 0,-as shown in (b) of FIG. Only three of ones are needed, which greatly reduces the complexity required to implement encoding and decoding of data.

종래의 시간 분할에 기반을 둔 AmBC(Time-Division-based AmBC, TD-AmBC)에서는 주로 M-ary 위상 천이 변조(Phase-Shift Keying) 방식을 이용하여, 도 7의 (a)와 같이 반사계수(Reflection Coefficient)를 생성한다. 이러한 TD-AmBC의 신호 변조는 주로 M-PSK를 이용하여 심벌들이 서로 겹치지 않게 신호 공간에 신호점을 배치하는 방법을 사용하고 있다. 그러나, 본 발명에 따른 SC-AmBC에서 신호 변조는 심벌을 중첩하여 전송하므로, 신호 공간에 오직 3 종류의 심벌만 존재하게 된다. 이와 같은 코드워드 투사 방식은 태그의 변조기에 필요한 부하 임피던스의 숫자를 2개로 줄일 수 있게 되며, 또한 제로심벌은 온오프 변조(On-Off Keying) 방식과 유사하게 태그의 회로에 일정량의 에너지를 공급하게 하므로, 태그의 에너지 하비스팅 효율도 개선할 수 있다. 이처럼, 본 발명의 변조 방식은 심벌 사이의 겹침을 허용하여 3개의 심벌들로 투사하는 방식이며, 이러한 변조 방식은 에너지 하비스팅 효율 개선 효과를 얻을 수 있고, 태그의 제작비용을 절감할 수 있다.In the time-division-based AmBC (TD-AmBC) based on the conventional time division, the reflection coefficient as shown in (a) of FIG. 7 mainly uses M-ary phase-shift keying. Create a Reflection Coefficient. The signal modulation of the TD-AmBC uses a method of arranging signal points in a signal space so that symbols do not overlap each other using M-PSK. However, in the SC-AmBC according to the present invention, since signal modulation is transmitted by superimposing symbols, only three kinds of symbols exist in the signal space. This codeword projection method can reduce the number of load impedances required for the tag's modulator to two, and the zero symbol supplies a certain amount of energy to the tag's circuit, similar to the on-off keying method. As a result, the energy harvesting efficiency of the tag can be improved. As described above, the modulation method of the present invention is a method of allowing the overlap between symbols to project three symbols, and this modulation method can obtain an energy harvesting efficiency improvement effect and reduce a manufacturing cost of a tag.

예를 들어, 매핑함수는 아래와 같이 정의될 수 있다. For example, the mapping function may be defined as follows.

데이터 [00] -> 심벌 [1, 0]Data [00]-> symbol [1, 0]

데이터 [01] -> 심벌 [0, 1]Data [01]-> symbol [0, 1]

데이터 [11] -> 심벌 [-1, 0]Data [11]-> symbol [-1, 0]

데이터 [10] -> 심벌 [0, -1]Data [10]-> symbol [0, -1]

상기와 같이 매핑함수가 정의된 경우, 각 태그는 매핑함수를 통해 아래 표 1과 같이 심벌들을 생성할 수 있다.When the mapping function is defined as above, each tag may generate symbols as shown in Table 1 below through the mapping function.

[표 1]TABLE 1

Figure 112018096720928-pat00019
Figure 112018096720928-pat00019

단계 S650이 수행되면, 태그는 단계 S250에서 생성된 심볼을 확산하여 스파스 코드워드를 생성하고(S660), 생성된 스파스 코드워드를 반송파를 반사하여 전송한다(S670). 즉, 태그는 활성 타임 슬롯 K1 길이의 심벌을 최종적으로는 KL 길이의 스파스 코드워드로 변환할 수 있다. 여기서, K는 타임 슬롯의 개수를 의미하고, L은 태그의 심벌 주기를 의미하는 정수 값이며, L동안 태그가 전송하는 심벌은 반복적으로 나타나게 된다.When step S650 is performed, the tag spreads the symbol generated in step S250 to generate a sparse codeword (S660), and transmits the generated sparse codeword by reflecting the carrier (S670). That is, the tag may convert a symbol of an active time slot K 1 length into a sparse codeword of KL length. Here, K denotes the number of time slots, L denotes an integer value indicating the symbol period of the tag, and symbols transmitted by the tag during L appear repeatedly.

예를 들어, 반송파의 샘플링 주기가 50ns, 태그의 심벌 주기가 150ns 이면, L = 3이고, 타임슬롯의 개수 K = 4인 경우, 스파스 코드워드는 길이 12로 생성될 수 있다. 이때, 다이애딕 팩터 그래프는 KL = 12개의 행, N = 6개의 열로 구성된 아래와 같은 행렬로 표시될 수 있다. For example, if the sampling period of the carrier is 50ns and the symbol period of the tag is 150ns, when L = 3 and the number of timeslotsK = 4, the sparse codeword may be generated with a length of 12. In this case, the diadytic factor graph may be represented by a matrix consisting of KL = 12 rows and N = 6 columns.

Figure 112018096720928-pat00020
Figure 112018096720928-pat00020

이러한 팩터 그래프를 이용하면 길이 2의 심벌을 길이 12의 스파스 코드워드로 바꿀 수 있다. 팩터 그래프의 각 열은 (K1 X L) 개의 1을 가지는 구조로 되어 있다.This factor graph can be used to convert a symbol of length 2 into a sparse codeword of length 12. Each column of the factor graph has a structure of (K 1 XL) ones.

만약에 K1 = 2, L = 3이면, 팩터 그래프에 처음 3개의 1에는 첫번째 심벌을, 나머지 3개의 1에는 두번째 심벌을 대입하는 방법으로 코드워드가 생성된다. If K 1 = 2, L = 3, the codeword is generated by substituting the first symbol for the first three 1s and the second symbol for the remaining three 1s in the factor graph.

즉, 태그 1의 심벌 [0, 1]의 코드워드를 생성하기 위해, 행렬식 1열의 처음 3개의 1에는 '0', 나머지 3개의 1에는 '1'을 대입한다. 그러면, 태그 1의 코드워드는 [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]로 생성될 수 있다. 태그 2의 심벌 [-1, 0]의 코드워드를 생성하기 위해, 행렬식 2열의 처음 3개의 1에는 '-1', 나머지 3개의 1에는 '0'을 대입한다. 그러면, 태그 2의 코드워드는 [-1, -1, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]로 생성될 수 있다. 태그 3의 심벌 [1, 0]의 코드워드를 생성하기 위해, 행렬식 3열의 처음 3개의 1에는 '1', 나머지 3개의 1에는 '0'을 대입한다. 그러면, 태그 3의 코드워드는 [1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]로 생성될 수 있다. 태그 4의 심벌 [0, -1]의 코드워드를 생성하기 위해, 행렬식 4열의 처음 3개의 1에는 '0', 나머지 3개의 1에는 '-1'을 대입한다. 그러면, 태그 4의 코드워드는 [0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, -1, -1, 0, 0, 0]로 생성될 수 있다. 태그 5의 심벌 [-1, 0]의 코드워드를 생성하기 위해, 행렬식 5열의 처음 3개의 1에는 '-1', 나머지 3개의 1에는 '0'을 대입한다. 그러면, 태그 5의 코드워드는 [0, 0, 0, -1, -1, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]로 생성될 수 있다. 태그 6의 심벌 [1, 0]의 코드워드를 생성하기 위해, 행렬식 6열의 처음 3개의 1에는 '1', 나머지 3개의 1에는 '0'을 대입한다. 그러면, 태그 6의 코드워드는 [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0]로 생성될 수 있다. That is, in order to generate the codeword of the symbol [0, 1] of the tag 1, '0' is inserted into the first three 1's of the determinant column 1, and '1' is inserted into the remaining three 1's. Then, the codeword of tag 1 may be generated as [0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]. In order to generate the codeword of the symbol [-1, 0] of the tag 2, '-1' is substituted for the first three 1s of the determinant column 2, and '0' is substituted for the remaining three 1s. Then, the codeword of tag 2 may be generated as [-1, -1, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]. In order to generate the codeword of the symbol [1, 0] of the tag 3, '1' is substituted for the first three 1s of the determinant column 3, and '0' is substituted for the remaining three 1s. Then, the codeword of tag 3 may be generated as [1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]. In order to generate the codeword of the symbol [0, -1] of the tag 4, '0' is assigned to the first three 1's of the determinant four columns and '-1' to the remaining three 1's. Then, the codeword of tag 4 may be generated as [0, 0, 0, 0, 0, 0, -1, -1, -1, 0, 0, 0]. In order to generate the codeword of the symbol [-1, 0] of the tag 5, '-1' is substituted into the first three 1s of the determinant column 5, and '0' is substituted into the remaining three 1s. Then, the codeword of tag 5 may be generated as [0, 0, 0, -1, -1, -1, 0, 0, 0, 0, 0, 0]. In order to generate the codeword of the symbol [1, 0] of the tag 6, '1' is assigned to the first three 1's of the determinant column 6 and '0' to the remaining three 1's. Then, the codeword of tag 6 may be generated as [0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0].

즉, 아래 표 2와 같은 각 태그의 코드워드가 생성될 수 있다. That is, codewords of respective tags as shown in Table 2 below may be generated.

[표 2]TABLE 2

Figure 112018096720928-pat00021
Figure 112018096720928-pat00021

표 2와 같이 각 태그의 코드워드가 생성되면, 각 태그는 생성된 스파스 코드워드를 NOMA 방식으로 반송파를 반사하여 전송한다.When the codeword of each tag is generated as shown in Table 2, each tag transmits the generated sparse codeword by reflecting the carrier in the NOMA method.

한편, 상기와 같이 동작을 수행하는 태그는 스파스 코드를 이용하여 NOMA를 구현할 수 있기 때문에, 기존의 TD-AmBC에 비해, 향상된 연결성을 가질 수 있다. 이러한 스파스 코드는 무선에너지 하비스팅으로 동작하는 태그들의 듀티사이클링 구조를 역으로 이용한 방식이며, 신호의 희소성은 태그가 적은 개수의 부하 임피던스만으로도 M-ary 변조 방식을 구현하게 할 수 있다.On the other hand, the tag performing the operation as described above can implement the NOMA using a sparse code, it can have improved connectivity compared to the conventional TD-AmBC. This sparse code is a method that uses the duty cycling structure of tags operating by wireless energy harvesting, and the sparsity of the signal enables the tag to implement M-ary modulation even with a small number of load impedances.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드를 설명하기 위한 도면이다. 8 is a view for explaining a sensor node according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드(300)는 송수신부(310), 상태 제어부(320), 변조부(330)를 포함한다. Referring to FIG. 8, the sensor node 300 according to an embodiment of the present invention includes a transceiver 310, a state controller 320, and a modulator 330.

송수신부(310)는 AP 또는 단말 장치로부터 무선 신호를 수신하고, 반송파의 반사 여부를 이용하여 부호화된 데이터를 송신하기 위한 구성이다.The transceiver 310 is a component for receiving a radio signal from an AP or a terminal device and transmitting data encoded using whether a carrier is reflected.

상태 제어부(320)는 비활성화 상태에서 송수신부를 통해 수신한 RF 신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적하고, 기 설정된 임계치 이상의 에너지가 축적된 경우 활성화 상태로 전환한다. 상태 제어부(320)는 수신전력이 회로 전력보다 큰 경우 활성상태로 전환될 수 있다. 예컨대, 수신전력 500nW > 회로전력 400nW 인 경우 태그는 활성화 상태로 되고, 수신전력 300nW < 회로전력 400nW 인 경우 비활성화 상태로 된다. The state controller 320 accumulates energy by energy harvesting the RF signal received through the transceiver in the deactivated state, and switches to the activated state when energy above a predetermined threshold is accumulated. The state controller 320 may be switched to an active state when the received power is greater than the circuit power. For example, the tag is activated when the received power is 500nW> 400nW, and is deactivated when the received power is 300nW <400nW.

변조부(330)는 M차 데이터를 기 정의된 매핑함수에 투사하여 심볼을 생성하고, 그 심볼을 확산하여 코드워드를 생성한다. 이때 생성된 코드워드는 부호화된 정보일 수 있다. 그러면, 송수신부(310)는 수신한 반송파를 반사하여 코드워드를 전송한다. The modulator 330 projects the M-order data into a predefined mapping function to generate a symbol, and spreads the symbol to generate a codeword. In this case, the generated codeword may be encoded information. Then, the transceiver 310 transmits a codeword by reflecting the received carrier.

이러한 변조부(330)는 M차 데이터 생성부(332), 심볼 생성부(334), 코드워드 생성부(336)를 포함한다. The modulator 330 includes an M-order data generator 332, a symbol generator 334, and a codeword generator 336.

M차 데이터 생성부(332)는 태그가 활성화 상태로 전환되면, log2M 비트 데이터를 생성한다. 이때 생성된 log2M 비트 데이터가 M차 데이터일 수 있다. The M-order data generator 332 generates log 2 M-bit data when the tag is switched to the activated state. The generated log 2 M bit data may be M-order data.

심볼 생성부(334)는 M차 데이터 생성부(332)에서 생성된 M차 데이터를 기 정의된 매핑함수에 투사하여 심볼을 생성한다. 이때, 심볼 생성부(334)는 매핑함수로 K1 길이의 심벌들을 생성한다. 예컨대, K1 = 2인 경우, 심볼 생성부(334)는 M-ary 데이터를 매핑함수에 투사하여 길이가 2인 심벌로 변환한다. The symbol generator 334 generates a symbol by projecting the M-order data generated by the M-order data generator 332 to a predefined mapping function. In this case, the symbol generator 334 generates symbols having a length of K 1 as a mapping function. For example, when K 1 = 2, the symbol generator 334 projects the M-ary data into a mapping function and converts the M-ary data into a symbol having a length of 2.

코드워드 생성부(336)는 심볼 생성부(334)에서 생성된 심볼을 확산하여 스파스 코드워드를 생성한다. 예컨대, 코드워드 생성부(336)는 K1 길이의 심볼을 KL 길이의 스파스 코드워드로 변환할 수 있다.
The codeword generator 336 spreads the symbols generated by the symbol generator 334 to generate a sparse codeword. For example, the codeword generator 336 may convert a symbol having a length of K 1 into a sparse codeword having a length of KL.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 9 is a view for explaining the operation of the access point according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 액세스 포인트는 RF 신호를 송출하고(S910), 적어도 하나 이상의 태그로부터 신호를 수신한다(S920). 이때, 액세스 포인트는 포워드 채널을 통해 신호를 전송하고, 백워드 채널을 통해 신호를 수신하고, 태그로부터 수신한 신호는 NOMA 방식으로 전송된 중첩된 코드워드일 수 있다. Referring to FIG. 9, the access point transmits an RF signal (S910) and receives a signal from at least one tag (S920). In this case, the access point transmits a signal through a forward channel, receives a signal through a backward channel, and a signal received from a tag may be a superimposed codeword transmitted in a NOMA method.

단계 S920이 수행되면, 액세스 포인트는 압축 센싱과 채널 상호성을 이용하여 상기 수신된 신호의 다이애딕 채널을 추정하고(S930), 추정된 다이애딕 채널을 이용하여 각 태그로부터 전송된 코드워드를 검출한다(S940). 이때, 액세스 포인트는 다이애딕(Dyadic) 채널을 효과적으로 추정하고, 심벌 간 간섭(Intersymbol Interference: ISI)을 신호의 검출에 활용하도록 하는 다이애딕 채널 추정 알고리즘(Dyadic Channel Estimation Algorithm: D-CEA)을 이용하여 다이애딕 채널을 추정할 수 있다. 또한, 액세스 포인트는 태그들이 스파스 코드로 부호화한 비직교 다중 접속 (Non-orthogonal Multiple Access: NOMA) 신호를 성공적으로 검출하기 위한 반복적 메시지 전달 알고리즘(Iterative Message Passing Algorithm: MPA)을 이용하여 각 태그의 코드워드를 검출할 수 있다. When the step S920 is performed, the access point estimates a didic channel of the received signal by using compression sensing and channel interoperability (S930), and detects a codeword transmitted from each tag by using the estimated diadic channel. (S940). At this time, the access point uses a Dyadic Channel Estimation Algorithm (D-CEA) that effectively estimates a Dyadic channel and utilizes intersymbol interference (ISI) for signal detection. It is possible to estimate the didic channel. The access point also uses an iterative message passing algorithm (MPA) to successfully detect non-orthogonal multiple access (NOMA) signals encoded by sparse codes. Can detect a codeword.

액세스 포인트가 다이애딕 채널을 추정하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 10를 참조하고, 코드워드를 검출하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 11을 참조하기로 한다. A detailed description of how an access point estimates a didic channel will be described with reference to FIG. 10, and a detailed description of a method of detecting a codeword will be described with reference to FIG. 11.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트가 채널을 추정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 10 is a diagram illustrating a method for estimating a channel by an access point according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 액세스 포인트는 RF 신호를 송출하고(S1010), 적어도 하나 이상의 태그로부터 변조 신호를 수신한다(S1020). 이때, 액세스 포인트는 포워드 채널을 통해 RF 신호를 전송하고, 백워드 채널을 통해 변조 신호를 수신하게 된다. Referring to FIG. 10, the access point transmits an RF signal (S1010) and receives a modulated signal from at least one tag (S1020). In this case, the access point transmits an RF signal through a forward channel and receives a modulated signal through a backward channel.

구체적으로, 액세스 포인트에서 전송된 신호

Figure 112018096720928-pat00022
는 임펄스 응답
Figure 112018096720928-pat00023
으로 표현되는 포워드 채널을 통과하게 되므로, 태그
Figure 112018096720928-pat00024
에서 포착된 신호는 ISI로 왜곡된다. 한편, 태그에서 반사 계수(Reflection Coefficient)
Figure 112018096720928-pat00025
으로 후방 산란되어 액세스 포인트로 도달한 신호는 백워드 채널을 거치면서 다시한번 왜곡되므로, 시간영역 수신 신호의 상당 부분이 왜곡되는 현상이 발생한다. Specifically, the signal transmitted from the access point
Figure 112018096720928-pat00022
Impulse response
Figure 112018096720928-pat00023
Pass through the forward channel represented by
Figure 112018096720928-pat00024
The signal captured at is distorted by ISI. On the other hand, the reflection coefficient in the tag
Figure 112018096720928-pat00025
Since the signal scattered back to the access point is distorted once again through the backward channel, a large portion of the time-domain received signal is distorted.

또한, 액세스 포인트가 보낸 신호는 태그를 거쳐서 다시 액세스 포인트로 되돌아가므로 채널 상호성(Reciprocity)가 성립하여

Figure 112018096720928-pat00026
를 만족하고, 액세스 포인트의 자가간섭은 제거가 가능하다. 이에, 액세스 포인트가 타임슬롯
Figure 112018096720928-pat00027
에서 수신한 신호(tk)는 아래 수학식 1과 같이 표현할 수 있다. In addition, since the signal sent by the access point passes back through the tag back to the access point, channel reciprocity is established.
Figure 112018096720928-pat00026
, Self-interference of the access point can be eliminated. Thus, the access point is timeslot
Figure 112018096720928-pat00027
The received signal t k can be expressed by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112018096720928-pat00028
Figure 112018096720928-pat00028

여기서,

Figure 112018096720928-pat00029
는 잡음,
Figure 112018096720928-pat00030
,
Figure 112018096720928-pat00031
는 각각 다이애딕 포워드 채널, 다이애딕 백워드 채널로 정의된다.
Figure 112018096720928-pat00032
,
Figure 112018096720928-pat00033
는 퇴플리츠(Toeplitz) 행렬로, 아래 수학식 2와 같이 표현된다.here,
Figure 112018096720928-pat00029
Is noise,
Figure 112018096720928-pat00030
,
Figure 112018096720928-pat00031
Are respectively defined as a diadic forward channel and a diadic backward channel.
Figure 112018096720928-pat00032
,
Figure 112018096720928-pat00033
Is a Toeplitz matrix, which is represented by Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112018096720928-pat00034
Figure 112018096720928-pat00034

여기서,

Figure 112018096720928-pat00035
,
Figure 112018096720928-pat00036
는 각각 크기가
Figure 112018096720928-pat00037
인 퇴플리츠 포워드 시프트 행렬, 퇴플리츠 백워드 시프트 행렬을 나타낸다. here,
Figure 112018096720928-pat00035
,
Figure 112018096720928-pat00036
Each has a size
Figure 112018096720928-pat00037
A phosphorous forward shift matrix and a Hungaryplet forward shift matrix are shown.

액세스 포인트는 수학식 1과 같은 신호가 수신되면, 압축 센싱(Compressed Sensing)을 이용하여 복합 채널 정보를 획득한다(S1030). 여기서, 복합 채널 정보는 복합 포워드-백워드 채널(Composite Forward-Backward Channel)을 의미하는 것으로, 길이

Figure 112018096720928-pat00038
인 벡터
Figure 112018096720928-pat00039
으로 표현될 수 있다. When the access point receives a signal as shown in Equation 1, the access point acquires composite channel information by using compressed sensing (S1030). In this case, the composite channel information means a composite forward-backward channel and has a length.
Figure 112018096720928-pat00038
Phosphorus vector
Figure 112018096720928-pat00039
It can be expressed as.

단계 S1030이 수행되면, 액세스 포인트는 채널 상호성을 이용하여 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값을 획득한다(S1040). 즉, 액세스 포인트가 전송한 신호는 태그를 거쳐서 다시 액세스 포인트로 되돌아가므로 채널 상호성(Reciprocity)가 성립하여

Figure 112018096720928-pat00040
를 만족한다. 따라서, 액세스 포인트는 채널 상호성을 이용한 아래 수학식 3을 이용하여 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값(fn(1))을 획득할 수 있다. When step S1030 is performed, the access point obtains an initial value of a first channel impulse response using channel interactivity (S1040). In other words, since the signal transmitted by the access point passes back through the tag to the access point, channel reciprocity is established.
Figure 112018096720928-pat00040
Satisfies. Accordingly, the access point may obtain an initial value f n (1) of the first channel impulse response by using Equation 3 below using channel interactivity.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112018096720928-pat00041
Figure 112018096720928-pat00041

단계 S1040이 수행되면, 액세스 포인트는 아래 수학식 4를 이용하여 나머지 채널의 임펄스 응답(

Figure 112018096720928-pat00042
)을 추정한다(S1050).When step S1040 is performed, the access point uses the following equation 4 to impulse response of the remaining channels (
Figure 112018096720928-pat00042
) Is estimated (S1050).

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112018096720928-pat00043
Figure 112018096720928-pat00043

여기서, l' 및 i'을 시간을 표현하는 정수 값(예컨대, 샘플링 시간 50ns 을 정수 1, 샘플링 시간 150ns 을 정수 3으로 표현함)이고, hn(l')은 시간에 따른 채널을 의미하는 랜덤한 복소수 값을 의미할 수 있다.Herein, l 'and i' are integer values representing a time (for example, a sampling time of 50ns is represented by an integer of 1 and a sampling time of 150ns is represented by an integer of 3), and h n (l ') represents a random channel representing time. It can mean one complex value.

수학식 4는 채널 상호성이 성립할 때, 즉, hn = fn * fn 일 때, 복합 채널의 임펄스 응답을 나타낸다. 만약 hn이 주어질 때, fn을 얻기 위해서 풀어야 하는 방정식이 수학식 4가 될 수 있다. Equation 4 represents the impulse response of the composite channel when channel interactivity is established, that is, when h n = f n * f n . If h n is given, the equation to be solved to obtain f n can be represented by Equation 4.

예를 들어, 포워드 채널의 최대 길이 Ln+ = 3일 때, 복합 채널 hn의 길이는 2Ln+ -1 = 5가 되고, 벡터 hn의 각각의 성분은 fn(1), fn(2), fn(3)으로 표현이 가능하다. 즉, hn(1) = fn(1)fn(1), hn(2) = fn(1)fn(2)+fn(2)fn(1), hn(3) = fn(1)fn(3)+fn(2)fn(2)+fn(3)fn(1), hn(4) = fn(2)fn(3)+fn(3)fn(2), hn(1) = fn(3)fn(3) 등과 같이 표현할 수 있다. For example, when the maximum length of the forward channel L n + = 3, the length of the composite channel h n is 2L n + -1 = 5, and each component of the vector h n is f n (1), f n (2), f n (3) can be expressed. That is, h n (1) = f n (1) f n (1), h n (2) = f n (1) f n (2) + f n (2) f n (1), h n ( 3) = f n (1) f n (3) + f n (2) f n (2) + f n (3) f n (1), h n (4) = f n (2) f n ( 3) + f n (3) f n (2), h n (1) = f n (3) f n (3) and the like.

단계 S1050의 수행 후, 액세스 포인트는 시간에 따른 모든 채널에 대한 임펄스 응답이 추정되었는지를 판단한다(S1060).After performing step S1050, the access point determines whether an impulse response for all channels over time is estimated (S1060).

단계 S1060의 판단결과 모든 채널의 임펄스 응답이 추정되었으면, 액세스 포인트는 추정된 임펄스 응답을 이용하여 다이애딕 채널

Figure 112018096720928-pat00044
,
Figure 112018096720928-pat00045
를 추정한다(S1070). 즉, 액세스 포인트는 아래 수학식 5를 이용하여 다이애딕 포워드 채널
Figure 112018096720928-pat00046
, 다이애딕 백워드 채널
Figure 112018096720928-pat00047
을 산출할 수 있다. If it is determined in step S1060 that the impulse responses of all the channels have been estimated, the access point uses the estimated impulse response to the diadic channel.
Figure 112018096720928-pat00044
,
Figure 112018096720928-pat00045
It is estimated (S1070). That is, the access point uses the following equation (5) to be a diadic forward channel
Figure 112018096720928-pat00046
, Diadick Backward Channel
Figure 112018096720928-pat00047
Can be calculated.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112018096720928-pat00048
Figure 112018096720928-pat00048

만약, 단계 S1060의 판단결과 모든 채널의 임펄스 응답이 추정되지 않았으면, 액세스 포인트는 다음 채널의 임펄스 응답을 추정하고(S1080, S1050), 단계 S1060을 수행한다. If it is determined in step S1060 that the impulse response of all channels is not estimated, the access point estimates the impulse response of the next channel (S1080, S1050) and performs step S1060.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방산란 신호를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이애딕 팩터 그래프를 설명하기 위한 도면이다. FIG. 11 is a diagram for describing a method of detecting a backscattering signal according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a diagram for explaining a diadytic factor graph according to an embodiment of the present invention.

도 11을 참조하면, 액세스 포인트는 다이애딕 채널에 기초하여 초기화 단계를 수행한다(S1110). 이때, 액세스 포인트는 초기 정보를 산출한다. Referring to FIG. 11, the access point performs an initialization step based on a diadi channel (S1110). At this time, the access point calculates initial information.

구체적으로, 액세스 포인트는 다이애딕 팩터 그래프(Factor Graph)를 생성하고(S1111), ISI 조건을 고려해야 하는지를 판단한다(S1112). 여기서, ISI 조건은 특정시간에서 후방산란 신호를 검출할 때, 간섭을 고려해야 하는지의 여부를 의미한다. 예를 들어, 채널을 거쳤을 때, 채널 지연시간에 의해 ISI가 50ns 이내에 발생하게 되면, 액세스 포인트에서 신호를 검출할 때 50ns에 샘플링한 신호는 ISI가 발생하기 때문에 간섭을 고려한 신호 검출을 사용해야만 할 것이고, 100ns, 150ns,..등에서 샘플링한 신호는 50ns를 초과하여 ISI에 의해 영향을 받지 않기 때문에, 간섭을 고려하지 않은 저복잡도 디코딩 기법을 사용할 수 있다. In detail, the access point generates a factor factor graph (S1111), and determines whether to consider the ISI condition (S1112). Here, the ISI condition means whether interference should be considered when detecting the backscattered signal at a specific time. For example, if the ISI occurs within 50ns due to the channel delay time through the channel, the signal sampled at 50ns when the signal is detected at the access point must use signal detection considering interference because ISI occurs. Since signals sampled at 100 ns, 150 ns, ..., etc. are not affected by ISI in excess of 50 ns, a low complexity decoding technique without considering interference may be used.

이처럼, ISI 조건은 샘플링된 후방산란 신호가 ISI에 의해 왜곡되었는지를 판단하는 조건으로 채널 추정 시 획득한 채널 임펄스 응답 정보를 활용하여 판단할 수 있다. 예컨대, 채널 임펄스 응답에서 ISI가 발생한 임계 시간을 기준으로, 임계 시간 이내의 신호는 ISI 조건을 고려해야 하는 것으로 판단할 수 있다. As such, the ISI condition is a condition for determining whether the sampled backscattered signal is distorted by the ISI. The ISI condition may be determined by using channel impulse response information obtained at channel estimation. For example, based on the threshold time at which ISI occurs in the channel impulse response, it may be determined that a signal within the threshold time should consider the ISI condition.

단계 S1112의 판단결과 ISI 조건을 고려해야 하는 경우, 액세스 포인트는 ISI 정보를 반영하여(S1113), 초기 정보를 산출하고(S1114), ISI 조건을 고려할 필요가 없는 경우 ISI 정보를 반영하지 않고 초기 정보를 산출한다. 즉, 액세스 포인트는 ISI 조건을 고려해야 하는 경우, ISI 정보를 코드워드 초기 정보를 계산할 때 반영하고, 그렇지 않으면 기존의 MPA와 동일한 방법으로 초기 정보를 계산한다.If the determination result of step S1112 is to consider the ISI condition, the access point reflects the ISI information (S1113), calculates the initial information (S1114), and if it is not necessary to consider the ISI condition, the initial information is not reflected without the ISI information. Calculate That is, when the ISI condition needs to be considered, the access point reflects the ISI information when calculating the codeword initial information. Otherwise, the access point calculates the initial information in the same manner as the existing MPA.

초기 정보란 메시지 전달 알고리즘에서 반복을 하기 전, 처음 단계에서 계산하는 정보를 의미하는 것으로, 중첩된 코드워드에 채널을 곱하고, 액세스 포인트에서 수신한 신호와 차이를 구해서 획득할 수 있다. 초기 정보는 음수 값을 가지며, 값이 커지면 커질수록(0에 가까울수록) MPA에서 해당 코드워드의 확률을 높게 추정하게 된다. The initial information refers to information calculated in the first step before iteration in the message transfer algorithm. The initial information may be obtained by multiplying a superimposed codeword by a channel and obtaining a difference from a signal received from an access point. The initial information has a negative value, and as the value increases, the larger (closer to 0), the higher the probability of the corresponding codeword in the MPA.

예를 들어, 수신 신호 y = 1, 복합채널 (ISI 제외) h1 = 0.6, 코드워드 (ISI 제외) B1 = 1, 복합채널 (ISI 성분) h2 = -0.4, 코드워드 (ISI 성분) B2 = -1 인 경우 초기 정보는 아래 수학식을 이용하여 산출할 수 있다. For example, received signal y = 1, composite channel (except ISI) h 1 = 0.6, codeword (except ISI) B 1 = 1, composite channel (ISI component) h 2 = -0.4, codeword (ISI component) When B 2 = -1, the initial information can be calculated using the following equation.

먼저, ISI가 포함된 경우 초기 정보는 아래 수학식 6을 이용하여 산출할 수 있다. First, when ISI is included, initial information may be calculated using Equation 6 below.

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112018096720928-pat00049
Figure 112018096720928-pat00049

다음으로, ISI가 제외된 경우 초기 정보는 아래 수학식 7을 이용하여 산출할 수 있다. Next, when the ISI is excluded, the initial information may be calculated using Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112018096720928-pat00050
Figure 112018096720928-pat00050

ISI가 포함된다면, 초기정보 계산에 ISI 성분, 즉, B2가 필요하고, 이는 채널 h2가 가중되어 더해져서 최종적으로 코드워드 (h1xB1 + h2xB2) 가 된다. 여기서 h2xB2를 종래의 MPA에서 사용되던 h1xB1과 다르게 하기 위해 가중치합으로 정의할 수 있다. 이러한 가중치합을 더하여 초기 정보를 계산하게 되면, ISI가 고려되어 신호의 왜곡현상을 효과적으로 보정할 수 있다.If ISI is included, the ISI component, i.e., B 2, is required for the initial information calculation, which is added with the channel h 2 weighted and finally becomes a codeword (h 1 xB 1 + h 2 xB 2 ). Here, h 2 xB 2 may be defined as a weighted sum so as to be different from h 1 xB 1 used in the conventional MPA. When the initial information is calculated by adding the weighted sums, ISI may be considered to effectively correct distortion of the signal.

단계 S1110의 수행으로 초기정보가 산출되면, 메시지 전달 과정이 최대 반복횟수만큼 반복되었는지를 판단한다(S1120).When the initial information is calculated by performing step S1110, it is determined whether the message delivery process is repeated by the maximum number of repetitions (S1120).

단계 S1120의 판단결과, 최대 반복횟수만큼 반복되지 않았으면, 액세스 포인트는 팩터 노드(Factor Node: FN)에서 베리어블 노드(Variable Node: VN)로 전달할 메시지를 업데이트한다(FN Update Step)(S1130).As a result of the determination in step S1120, if it has not been repeated as many times as the maximum number of repetitions, the access point updates a message to be delivered from a factor node (FN) to a variable node (VN) (FN Update Step) (S1130). .

구체적으로, 액세스 포인트는 다이애딕 팩터 그래프에서 각 행들의 '1'의 개수에 기초하여 ISI 존재 유무를 판단한다(S1131).In more detail, the access point determines the presence or absence of ISI based on the number of '1's in each row in the dyad factor graph (S1131).

단계 S1131의 판단결과 ISI가 존재하면, 액세스 포인트는 팩터 노드를 계산하여(S1132) 베이러블 노드로 메시지를 전달한다(S1133).If the ISI is present as a result of the determination in step S1131, the access point calculates a factor node (S1132) and delivers a message to the scalable node (S1133).

만약, 단계 S1131의 판단결과 ISI가 존재하지 않으면, 액세스 포인트는 코드워드 정보를 투사하여(S1034), 팩터 노드를 계산한다(S1032).If the ISI does not exist as a result of the determination in step S1131, the access point projects codeword information (S1034) and calculates a factor node (S1032).

이처럼, 액세스 포인트는 태그가 M-ary 변조 방식을 사용하였을 때, 복호화 복잡도를 줄이기 위해 ISI 조건에 따라 선택적으로 코드워드 정보를 투사(Projection)하고 계산된 정보를 베리어블 노드로 전달한다.As such, when the tag uses the M-ary modulation scheme, the access point selectively projects the codeword information according to the ISI condition and transmits the calculated information to the variable node in order to reduce decoding complexity.

한편, 팩터 그래프는 데이터를 부호화 및 복호화할 때 데이터와 코드워드 사이의 관계를 표현하는 그래프이고, 팩터 노드(Factor Node)와 베리어블 노드(Variable Node)로 표현될 수 있다. 여기서, 팩터 노드는 데이터를 전달하기 위해 사용하는 자원(예컨대, 타임 슬롯)을 나타내고, 베리어블 노드는 데이터를 보내는 주체(예컨대, 태그)를 나타낼 수 있다.Meanwhile, the factor graph is a graph representing a relationship between the data and the codeword when encoding and decoding the data, and may be expressed as a factor node and a variable node. Here, the factor node may indicate a resource (eg, a time slot) used to deliver data, and the variable node may indicate a subject (eg, a tag) that sends data.

팩터 그래프는 0과 1만을 가지는 2진 행렬로 표현이 가능한데, 만약 팩터 노드 k와 베리어블 노드 n이 서로 연결되어 있고, 이를 행렬로 표현하면 k번째 행 n번째 열이 1로 주어지게 되며, 물리적 의미는 k번째 타임슬롯에 n번째 태그가 심벌을 보내게 되는 의미가 된다.The factor graph can be expressed as a binary matrix with only 0 and 1, and if the factor node k and the variable node n are connected to each other and expressed as a matrix, the kth row nth column is given as 1, and the physical The meaning is that the nth tag sends a symbol to the kth timeslot.

그런데, 태그의 심벌 주기는 반송파 신호의 정수배인 L이 되고, 이 중에서 ~L 만큼의 주기동안 수신신호가 ISI에 의해 변질되기 때문에, 이를 보정하기 위해서는 다이애딕 팩터 그래프의 도입이 필요하다. However, since the symbol period of the tag becomes L, which is an integer multiple of the carrier signal, and the received signal is deteriorated by the ISI during the period of ~ L, the diadytic factor graph needs to be introduced to correct this.

다이애딕 팩터 그래프는 포워드 팩터 그래프 ~G+에서 ~L 만큼을 순환이동 시키고 K x ~L 만큼의 행을 제외한 모든 행이 0을 만족시키는 백워드 팩터 그래프 ~G-를 얻은 다음 포워드 팩터 그래프 ~G+와 백워드 팩터 그래프 ~G-를 exclusive OR로 연산하여 얻어낸 그래프일 수 있다. 이러한 다이애딕 팩터 그래프는 도 12와 같을 수 있다. The diadytic factor graph cycles through the forward factor graph ~ G + by ~ L and obtains a backward factor graph ~ G- where all rows except K x ~ L satisfy 0, then forward factor graph ~ G + and It may be a graph obtained by calculating the backward factor graph ~ G- with exclusive OR. This diadytic factor graph may be the same as FIG. 12.

K = 4, L = 3, N = 6인 포워드 팩터 그래프와 백워드 팩터 그래프를 행렬로 표현하면, 아래 표 3과 같을 수 있다. When a forward factor graph and a backward factor graph having K = 4, L = 3, and N = 6 are expressed as matrices, they may be as shown in Table 3 below.

[표 3]TABLE 3

Figure 112018096720928-pat00051
Figure 112018096720928-pat00051

표 3의 포워드 팩터 그래프와 백워드 팩터 그래프의 행렬을 exclusive OR 연산을 수행하면, 아래 표 4와 같은 다이애딕 팩터 그래프 ~G*가 생성될 수 있다. When an exclusive OR operation is performed on the matrixes of the forward factor graph and the backward factor graph of Table 3, the diacetic factor graph ~ G * as shown in Table 4 below may be generated.

[표 4]TABLE 4

Figure 112018096720928-pat00052
Figure 112018096720928-pat00052

표 4의 다이애딕 팩터 그래프를 표현한 행렬을 보면, 4개의 행은 1을 5개 포함하고 있고, 나머지 8개의 행들은 1을 3개만 포함하고 있다. 이에, 액세스 포인트는 다이애딕 팩터 그래프에서 각 행들의 1의 개수를 이용하여 ISI 존재 유무를 판단할 수 있다. 즉, 액세스 포인트는 행마다 1의 개수가 달라지는 점을 ISI가 존재하는지 판단하는 유무로 판단할 수 있다. If we look at the matrix representing the didic factor graph in Table 4, the four rows contain five 1s, and the remaining eight rows contain only three threes. Accordingly, the access point may determine the presence or absence of ISI by using the number of 1s in each row in the dyad factor graph. That is, the access point may determine whether or not the ISI exists by determining that the number of 1s is changed for each row.

표 4의 경우, 1의 개수가 5개인 경우 ISI가 존재하는 것으로 판단할 수 있고, 1의 개수가 3개인 경우 ISI가 없는 것으로 판단할 수 있다. In the case of Table 4, when the number of 1 is 5, it can be determined that ISI exists, and when the number of 1 is 3, it can be determined that there is no ISI.

ISI가 존재하면, 다이애딕 팩터 그래프의 행에는 5개의 1이 존재할 것이고, 그 결과 해당 팩터 노드는 5개의 베리어블 노드로부터 메시지 (Message)를 수신해야만 한다. 메시지는 알고리즘을 동작하면서 반복적으로 업데이트되는 변수로서, 태그들이 보낸 데이터가 어떨지를 유추하는 확률 값과 연관되어 있다.If there is an ISI, there will be five 1s in the row of the diacetic factor graph, so that the factor node must receive a message from five variable nodes. A message is a variable that is updated repeatedly as you run an algorithm, associated with a probability value that infers what the data sent by the tags is.

태그가 보내고자 하는 데이터가 M-ary 이면, 메시지는 길이 M을 가지는 실수 벡터로 표현될 수 있다.If the data to be sent by the tag is M-ary, the message may be represented by a real vector having a length M.

예를 들어, ISI가 존재하고, M = 4 일 경우, 팩터 노드 k에서 베리어블 노드 n으로 보내는 메시지는 'Ink(1) Ink(2) Ink(3) Ink(4)'으로 표현할 수 있다.For example, if ISI is present and M = 4, then the message sent from factor node k to variable node n is 'I nk (1) I nk (2) I nk (3) I nk (4)'. I can express it.

반면에, ISI가 존재하지 않으면, 다이애딕 팩터 그래프는 3개의 1이 존재하고, 메시지의 크기는 M 값에 따라 정해지게 된다. 이때, M 값이 크다면 메시지의 크기가 커져서 알고리즘 내부에서 계산량이 증가하는 단점이 있을 수 있다. 이에, 메시지 벡터의 크기를 M보다 작은 값으로 줄이기 위해서 '투사'라는 방법이 필요하다. On the other hand, if there is no ISI, there are three 1's in the diadic factor graph, and the size of the message is determined according to the M value. At this time, if the M value is large, the size of the message may be increased, and thus an amount of calculation may increase in an algorithm. Thus, a method called 'projection' is needed to reduce the size of the message vector to a value smaller than M.

만약 ISI가 없다면, 신호가 왜곡되지 않기 때문에 기 정의된 매핑 함수의 성질을 이용하면 M-ary 데이터를 M보다 작은 수의 심벌들로 압축할 수 있고, 그 과정을 통해 복호화 과정의 복잡도를 줄이고 연산속도를 빠르게 할 수 있는 장점이 있다.If there is no ISI, since the signal is not distorted, the property of the predefined mapping function can be used to compress the M-ary data into fewer symbols than M, thereby reducing the complexity of the decoding process and It has the advantage of speeding up.

예를 들어, M = 4일 때, 투사하기전의 크기가 4인 'Ink(1) Ink(2) Ink(3) Ink(4)' 메시지는 투사후 크기가 3인 '~Ink(1) ~Ink(2) ~Ink(3)' 메시지로 줄어들 수 있다. For example, when M = 4, the message 'I nk (1) I nk (2) I nk (3) I nk (4)' with a size of 4 before the projection is '~ I' nk (1) ~ I nk (2) ~ I nk (3) '.

단계 S1130이 수행되면, 액세스 포인트는 전달받은 메시지에 기초하여 베리어블 노드를 업데이트한다(VN Update Step)(S1140). When step S1130 is performed, the access point updates the versatile node based on the received message (VN Update Step) (S1140).

구체적으로, 액세스 포인트는 다이애딕 팩터 그래프에서 각 행들의 '1'의 개수에 기초하여 ISI 존재 유무를 판단한다(S1141).In more detail, the access point determines the presence or absence of ISI based on the number of '1's of each row in the diadytic factor graph (S1141).

단계 S1141의 판단결과 ISI가 존재하면, 액세스 포인트는 베리어블 노드를 계산하여(S1142) 팩터 노드로 메시지를 전달한다(S1143).If the ISI is present in the determination result of step S1141, the access point calculates a variable node (S1142) and transmits a message to the factor node (S1143).

만약, 단계 S1141의 판단결과 ISI가 존재하지 않으면, 액세스 포인트는 투사된 코드워드 정보를 확장(Expansion)하여(S1144), 베리어블 노드를 계산한다(S1142).If the ISI does not exist as a result of the determination of step S1141, the access point expands the projected codeword information (S1144) and calculates a variable node (S1142).

이처럼 액세스 포인트는 ISI를 고려해야 하는 경우 베리어블 노드를 계산하여 업데이트 정보를 포함하는 메시지를 팩터 노드로 전송하고, ISI를 고려할 필요가 없는 경우 투사된 정보를 확장(Expansion)하여 베이러블 노드를 계산하여 업데이트된 정보를 다시 팩터 노드로 전달한다.In this way, the access point calculates a versatile node by calculating a versatile node when the ISI needs to be considered, and calculates a scalable node by expanding the projected information when the ISI does not need to be considered. Pass the updated information back to the factor node.

액세스 포인트가 코드워드 정보를 투사-확장하는 방법은 태그가 M-ary 변조 방식을 사용하더라도 코드워드 검출을 위한 복잡도를 낮출 수 있는 이점이 있다.The method of projecting-extending the codeword information by the access point has an advantage of reducing the complexity for codeword detection even if the tag uses the M-ary modulation scheme.

상술한 메시지 전달 과정은 최대 반복횟수만큼 반복되며, 이를 만족하면 액세스 포인트는 로그 우도비(Log-Likelihood Ratio)를 출력한다(S1150). The above-described message delivery process is repeated as many times as the maximum number of repetitions, and if this is satisfied, the access point outputs a log likelihood ratio (S1150).

액세스 포인트는 로그 우도비를 이용하여 ISI가 존재하는 무선 환경에서도 태그들이 전송한 데이터를 효과적으로 검출할 수 있다.The access point may use the log likelihood ratio to effectively detect data transmitted by tags even in a wireless environment in which ISI exists.

로그 우도비는 각각의 비트 확률을 나타내는 값으로, 실수 값을 가지고 있다. M-ary 데이터가 있을 때, 로그 우도비의 크기는 log2M 이 되며, 출력된 로그 우도비는 데이터를 복호화할 때 이용된다. 만약에 로그 우도비가 양수이면 0으로 데이터를 복호하고, 음수면 1로 데이터를 복호하는 방식을 주로 사용한다.The log likelihood ratio is a value representing each bit probability and has a real value. When there is M-ary data, the log likelihood ratio becomes log 2 M, and the output log likelihood ratio is used to decode the data. If the log likelihood ratio is positive, the data is decoded to 0, and if it is negative, the data is decoded to 1.

예를 들어, M = 4 일 때, 태그 1의 로그 우도비: [-2.6 0.5], 태그 2의 로그 우도비: [1.2 0.3], 태그 3의 로그 우도비: [1.3 -0.9] 인 경우, 액세스 포인트는 태그 1의 복호 데이터 [10], 태그 2의 복호 데이터 [00], 태그 3의 복호 데이터 [01]를 각각 검출할 수 있다. For example, when M = 4, the log likelihood ratio of tag 1: [-2.6 0.5], the log likelihood ratio of tag 2: [1.2 0.3], the log likelihood ratio of tag 3: [1.3 -0.9], The access point may detect the decoded data [10] of the tag 1, the decoded data [00] of the tag 2, and the decoded data [01] of the tag 3, respectively.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 13 is a view for explaining the configuration of an access point according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액세스 포인트(100)는 송수신부(110), 채널 추정부(120), 신호 검출부(130)를 포함한다. Referring to FIG. 13, an access point 100 according to an embodiment of the present invention includes a transceiver 110, a channel estimator 120, and a signal detector 130.

송수신부(110)는 무선신호를 송출하고, 복수의 센서 노드로부터 NOMA(Non-orthogonal Multiple Access) 방식으로 전송된 신호를 수신한다. The transceiver 110 transmits a radio signal and receives a signal transmitted from a plurality of sensor nodes in a non-orthogonal multiple access (NOMA) scheme.

채널 추정부(120)는 압축 센싱(Compressed Sensing)과 채널 상호성을 이용하여 상기 수신된 신호의 다이애딕 채널을 추정한다. 즉, 채널 추정부(120)는 압축 센싱을 이용하여 복합 채널 정보를 획득하고, 상기 복합 채널 정보에 기초한 채널 상호성을 이용하여 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값을 산출한다. 그런 후, 채널 추정부(120)는 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값에 기초하여 시간에 따른 나머지 채널들의 임펄스 응답을 추정하고, 추정된 채널들의 임펄스 응답을 이용하여 다이애딕 포워드 채널과 다이애딕 백워드 채널을 추정한다. The channel estimator 120 estimates a dyad channel of the received signal by using compressed sensing and channel interactivity. That is, the channel estimator 120 obtains composite channel information by using compression sensing, and calculates an initial value of a first channel impulse response using channel interactivity based on the composite channel information. Thereafter, the channel estimator 120 estimates the impulse response of the remaining channels over time based on the initial value of the first channel impulse response, and uses the estimated impulse response of the channels to be used for the diadic forward channel and the diadic backward. Estimate the channel.

신호 검출부(130)는 채널 추정부(120)에서 추정된 다이애딕 채널과 심벌 간 간섭(ISI)을 고려하여 팩터 노드와 베리어블 노드의 정보를 기 설정된 횟수 반복하여 업데이트하고, 그 업데이트된 결과에 기초하여 복수의 센서 노드의 코드워드를 검출한다. 즉, 신호 검출부(130)는 다이애딕 팩터 그래프를 생성하고, 상기 다이애딕 팩터 그래프에 기초하여 ISI 존재 여부를 판단하며, 그 판단결과에 따라 선택적으로 코드워드 정보를 투사하여 팩터 노드의 정보를 업데이트하고, 상기 ISI 존재 여부에 따라 상기 투사된 코드워드 정보를 확장하여 베리어블 노드의 정보를 업데이트한다. 그런 후, 신호 검출부(130)는 팩터노드 및 베리어블 노드의 정보 업데이트가 미리 설정된 횟수만큼 반복된 경우 로그 우도비를 출력하고, 로그 우도비에 기초하여 각 센서 노드의 코드워드를 검출한다.
The signal detector 130 repeatedly updates the information of the factor node and the variable node by a predetermined number of times in consideration of the diacetic channel and the ISI estimated by the channel estimator 120, and then updates the information on the updated result. Based on the detection, the codewords of the plurality of sensor nodes are detected. That is, the signal detection unit 130 generates a didic factor graph, determines whether ISI is present based on the diadic factor graph, and selectively updates codeword information according to the determination result to update the information of the factor node. Then, the projected codeword information is extended according to the presence or absence of the ISI, and the information of the versatile node is updated. Thereafter, the signal detector 130 outputs a log likelihood ratio when information update of the factor node and the variable node is repeated a predetermined number of times, and detects a codeword of each sensor node based on the log likelihood ratio.

이하, 본 발명에 따른 스파스 코드 기반 AmBC 시스템의 성능에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, the performance of a sparse code-based AmBC system according to the present invention will be described.

도 14는 본 발명의 SC-AmBC 방식과 기존의 TD-AmBC 방식의 M-ary 변조 성능을 비교한 그래프이다. 14 is a graph comparing the M-ary modulation performance of the SC-AmBC method and the conventional TD-AmBC method of the present invention.

도 14를 참조하면, 무선 에너지 하비스팅 효율은 SC-AmBC의 경우 M=2,8일 때는 TD-AmBC에 비해 약간 저하를 보이지만, M=4일 때는 심벌 매핑이 에너지 하비스팅 효율을 개선하므로, 차이가 없는 성능을 가진다. 반면에 비트 오류율(Bit Error Rate)은 SC-AmBC의 경우가 TD-AmBC의 경우보다 월등히 좋음을 확인할 수 있는데, 이는 NOMA를 통해 후방산란 신호가 시간 영역에서 확산하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있기 때문이다. 이처럼 SC-AmBC는 태그의 하드웨어를 간단하게 하면서도, M-ary 변조를 성공적으로 구현할 수 있다.Referring to FIG. 14, the wireless energy harvesting efficiency is slightly lower than that of the TD-AmBC when M = 2 and 8 in the case of SC-AmBC, but when M = 4, symbol mapping improves the energy harvesting efficiency. It has no difference in performance. On the other hand, the bit error rate is much better for the SC-AmBC than for the TD-AmBC because the backscattered signal spreads in the time domain through NOMA to obtain diversity gain. to be. As such, SC-AmBC can simplify the hardware of the tag and successfully implement M-ary modulation.

도 15는 본 발명의 SC-AmBC 방식과 기존의 TD-AmBC 방식의 듀티사이클링 동작 성능을 비교한 그래프이다. 15 is a graph comparing the duty cycling operation performance of the SC-AmBC method and the conventional TD-AmBC method of the present invention.

도 15를 참조하면, TD-AmBC 방식에서 듀티사이클은

Figure 112018096720928-pat00053
로 주어지며, 태그의 개수
Figure 112018096720928-pat00054
가 증가하면 듀티사이클이 작아져서 태그가 데이터 전송에 사용할 수 있는 시간이 스케일링 다운되는 문제가 발생한다. 반면에 본 발명의 SC-AmBC 방식에서는 듀티사이클링의 스케일링 현상을 역으로 신호의 희소성으로 변환할 수 있으므로, 액세스 포인트와 연결될 수 있는 태그의 개수는 Overloading Factor,
Figure 112018096720928-pat00055
만큼 스케일링되어,
Figure 112018096720928-pat00056
로 크게 늘어난다. 더욱이 스파스 코드워드는 다이애딕 채널 구조에서 다이버시티 이득을 제공 가능하므로, 기존 기법과 비교하면 대규모 연결성을 지원함과 동시에 비트 오류율까지 감소시키는 장점이 있다.Referring to Figure 15, the duty cycle in the TD-AmBC scheme is
Figure 112018096720928-pat00053
Given by the number of tags
Figure 112018096720928-pat00054
If increases, the duty cycle becomes smaller, causing a problem that the time the tag can use for data transmission is scaled down. On the other hand, in the SC-AmBC scheme of the present invention, since the scaling phenomenon of the duty cycle can be converted into the sparsity of the signal, the number of tags that can be connected to the access point is overloading factor,
Figure 112018096720928-pat00055
Scaled by
Figure 112018096720928-pat00056
Greatly increases. Moreover, since sparse codewords can provide diversity gain in a diadic channel structure, the sparse codeword supports large-scale connectivity and reduces bit error rates compared to the conventional scheme.

도 16은 본 발명의 SC-AmBC 방식과 기존의 TD-AmBC 방식의 다이애딕 채널에서의 성능을 비교한 그래프, 도 17은 본 발명의 SC-AmBC 방식과 기존의 TD-AmBC 방식의 반사계수에 따른 성능을 비교한 그래프이다. 16 is a graph comparing the performance of the SC-AmBC scheme of the present invention and the conventional TD-AmBC dialect channel, Figure 17 is a reflection coefficient of the SC-AmBC scheme and the conventional TD-AmBC scheme of the present invention This is a graph comparing performance.

도 16을 참조하면, 무선 에너지 하비스팅 확률은 다중경로의 개수가 커질수록 개선되는 경향이 있다. 반면에 비트오류율은 기존의 MPA와 TD-AmBC 기법들의 경우 다중경로가 커질수록 성능이 저하되는 문제가 발생하는데, 이는 ISI가 수신 신호를 왜곡하고 있기 때문이다. 본 발명의 D-MPA 기법은 다이애딕 채널의 특성을 반영하므로, 이를 반영하지 않는 기존의 MPA 기법보다 작은 비트 오류율(Bit Error Rate)을 가질 수 있었고, 기존의 TD-AmBC 기법과 비교하면 큰 성능 개선 효과가 있다. 이처럼 본 발명의 D-MPA와 D-CEA를 활용하게 되면, 이러한 왜곡 현상이 보정되기 때문에 다중경로가 커질수록 신호 검출 성능이 오히려 향상되는 이점이 있다. 따라서 본 발명의 SC-AmBC는 다이애딕 채널에서 더 좋은 성능을 보인다고 할 수 있다.Referring to FIG. 16, the wireless energy harvesting probability tends to improve as the number of multipaths increases. On the other hand, the bit error rate of the conventional MPA and TD-AmBC schemes, the performance is degraded as the multipath is large, because the ISI is distorting the received signal. Since the D-MPA technique of the present invention reflects the characteristics of the Diadix channel, the D-MPA technique may have a bit error rate smaller than that of the conventional MPA technique, which is not reflected. There is an improvement effect. As such, when the D-MPA and the D-CEA of the present invention are used, the distortion phenomenon is corrected, and thus the signal detection performance is improved as the multipath becomes larger. Therefore, it can be said that the SC-AmBC of the present invention shows better performance in the diadic channel.

그뿐만 아니라 SC-AmBC 기법은 신호의 희소성을 수신단에서 검출에 활용하기 때문에, 도 17과 같이 태그에서의 반사 계수

Figure 112018096720928-pat00057
, 변조 차수
Figure 112018096720928-pat00058
, 코드워드 관련 변수
Figure 112018096720928-pat00059
에 따라 TD-AmBC 기법보다 훨씬 높은 전송속도를 가질 수 있고, 또한 성능을 더욱 탄력적으로 조절할 수 있음을 확인할 수 있다. In addition, since the SC-AmBC technique utilizes the signal sparsity at the receiving end, the reflection coefficient in the tag as shown in FIG.
Figure 112018096720928-pat00057
Modulation order
Figure 112018096720928-pat00058
, Codeword related variables
Figure 112018096720928-pat00059
As a result, it can be seen that the transmission rate can be much higher than that of the TD-AmBC scheme and the performance can be more flexibly adjusted.

기존의 TD-AmBC에서는 신호의 희소성이 이용되지 않았기 때문에, 낮은 연결성을 가지게 되며, 그 결과 낮은 전송속도를 가지게 된다. 하지만, 본 발명의 SC-AmBC에서는 이러한 신호의 희소성을 후방산란에 활용하기 때문에, 대규모 연결성을 지원할 수 있으므로, 전체적으로 그래프가 Y축 방향으로 이동하여 향상된 연결성을 보임을 알 수 있다. 이러한 연결성은 반사 계수, 변조 차수, 코드워드 관련 변수로 조절될 수 있는데, 전반적으로 SC-AmBC가 이러한 시스템 변수를 더욱 탄력적으로 튜닝하여 후방산란 성능을 조절할 수 있음을 알 수 있다. In the conventional TD-AmBC, since signal sparsity is not used, it has low connectivity and, as a result, low transmission rate. However, in the SC-AmBC of the present invention, since the sparsity of the signal is used for backscattering, it is possible to support large-scale connectivity, so that the graph moves in the Y-axis direction and shows improved connectivity. This connectivity can be adjusted with reflection coefficients, modulation orders, and codeword-related variables. Overall, SC-AmBC can tune these system parameters more flexibly to control backscattering performance.

이처럼 스파스 코드는 MAI와 ISI를 버리지 않고 오히려 활용하여 기존 기법과 비교하면 대규모 연결성을 지원함과 동시에 비트 오류율까지 감소시키는 장점이 있다.
As such, sparse code does not discard MAI and ISI, but rather utilizes it to support large-scale connectivity and to reduce bit error rate as compared to the existing scheme.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in descriptive sense only and not for purposes of limitation. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope will be construed as being included in the present invention.

100 : 액세스 포인트
110, 310 : 송수신부
120 : 채널 추정부
130 : 신호 검출부
200 : 단말장치
300 : 센서 노드
320 : 상태 제어부
330 : 변조부
100: access point
110, 310: transceiver
120: channel estimation unit
130: signal detector
200: terminal device
300: sensor node
320: status control
330: modulator

Claims (13)

액세스 포인트 및 복수의 센서 노드를 포함하는 엠비언트 백스캐터 시스템에서 액세스 포인트의 통신 방법에 있어서,
상기 복수의 센서 노드로부터 NOMA(Non-orthogonal Multiple Access) 방식으로 전송된 신호를 수신하는 단계;
압축 센싱(Compressed Sensing)을 이용하여 복합 채널 정보를 획득하고, 상기 복합 채널 정보에 기초한 채널 상호성을 이용하여 상기 수신된 신호의 다이애딕 채널을 추정하는 단계; 및
상기 추정된 다이애딕 채널을 고려하여 심벌 간 간섭(ISI) 존재여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 팩터 노드와 베리어블 노드의 정보를 기 설정된 횟수 반복하여 업데이트하고, 상기 업데이트된 결과에 기초하여 상기 복수의 센서 노드의 코드워드를 검출하는 단계
를 포함하는 액세스 포인트의 통신 방법.
A communication method of an access point in an ambient backscatter system including an access point and a plurality of sensor nodes,
Receiving a signal transmitted in a non-orthogonal multiple access (NOMA) scheme from the plurality of sensor nodes;
Obtaining composite channel information using compressed sensing, and estimating a diadic channel of the received signal using channel interactivity based on the composite channel information; And
It is determined whether there is inter-symbol interference (ISI) in consideration of the estimated diadic channel, and the information of the factor node and the variable node is repeatedly updated according to the determination result, and based on the updated result, Detecting codewords of the plurality of sensor nodes
Communication method of the access point comprising a.
제1항에 있어서,
상기 수신된 신호는 다이애딕 포워드 채널과 다이애딕 백워드 채널을 통과한 신호인 것을 특징으로 하는 액세스 포인트의 통신 방법.
The method of claim 1,
And wherein the received signal is a signal passing through a dialect forward channel and a dialect backward channel.
제1항에 있어서,
상기 다이애딕 채널을 추정하는 단계는,
상기 복합 채널 정보에 기초한 채널 상호성을 이용하여 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값을 산출하는 단계;
상기 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값에 기초하여 시간에 따른 나머지 채널들의 임펄스 응답을 추정하는 단계;
상기 추정된 채널들의 임펄스 응답을 이용하여 다이애딕 포워드 채널과 다이애딕 백워드 채널을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 포인트의 통신 방법.
The method of claim 1,
The estimating the diadic channel may include:
Calculating an initial value of a first channel impulse response using channel interactivity based on the composite channel information;
Estimating the impulse response of the remaining channels over time based on the initial value of the first channel impulse response;
Estimating a dialect forward channel and a dialect backward channel using the estimated impulse responses of the channels.
제3항에 있어서,
상기 다이애딕 포워드 채널
Figure 112018096720928-pat00060
과 다이애딕 백워드 채널
Figure 112018096720928-pat00061
은 아래 수학식을 이용하여 추정하는 것을 특징으로 하는 액세스 포인트의 통신 방법.
[수학식]
Figure 112018096720928-pat00062

여기서,
Figure 112018096720928-pat00063
는 타임슬롯 k에서 전송한 신호, Sk -1 은 타임슬롯 (k-1)에서 전송한 신호,
Figure 112018096720928-pat00064
,
Figure 112018096720928-pat00065
는 퇴플리츠(Toeplitz) 행렬임.
The method of claim 3,
The diadic forward channel
Figure 112018096720928-pat00060
And the Diary Dick Channel
Figure 112018096720928-pat00061
Is estimated using the following equation.
[Equation]
Figure 112018096720928-pat00062

here,
Figure 112018096720928-pat00063
Is the signal transmitted in timeslot k, S k -1 is the signal transmitted in timeslot (k-1),
Figure 112018096720928-pat00064
,
Figure 112018096720928-pat00065
Is the Toeplitz procession.
제1항에 있어서,
상기 복수의 센서 노드의 코드워드를 검출하는 단계는,
다이애딕 팩터 그래프(Factor Graph)를 생성하는 단계;
상기 다이애딕 채널 추정시 획득한 채널 임펄스 응답에 기초하여 ISI 정보 반영 여부를 판단하고, 그 판단결과에 따라 선택적으로 ISI 정보를 반영하여 초기정보를 산출하는 단계;
상기 다이애딕 팩터 그래프에 기초하여 ISI 존재 여부를 판단하고, 그 판단결과에 따라 선택적으로 코드워드 정보를 투사하여 팩터 노드의 정보를 업데이트하고, 상기 업데이트된 정보를 포함하는 제1 메시지를 베리어블 노드로 전송하는 단계;
상기 메시지에 기초하여 ISI 존재 여부를 판단하고, 그 판단결과에 따라 선택적으로 상기 투사된 코드워드 정보를 확장하여 베리어블 노드의 정보를 업데이트하고, 상기 업데이트된 정보를 포함하는 제2 메시지를 상기 팩터 노드로 전송하는 단계;
상기 제1 메시지 및 제2 메시지의 전달 과정이 상기 횟수만큼 반복된 경우, 로그 우도비(Log-Likelihood Ratio)를 출력하는 단계; 및
상기 로그 우도비에 기초하여 각 센서 노드의 코드워드를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 포인트의 통신 방법.
The method of claim 1,
Detecting codewords of the plurality of sensor nodes,
Generating a factor factor graph;
Determining whether to reflect ISI information based on a channel impulse response obtained when the diadic channel is estimated, and calculating initial information by selectively reflecting ISI information according to the determination result;
It is determined whether the ISI exists based on the diadic factor graph, and optionally, codeword information is updated according to the determination result to update the information of the factor node, and the first node including the updated information is a versatile node. Transmitting to;
Based on the message, it is determined whether the ISI exists, and optionally, the projected codeword information is expanded to update the information of the versatile node according to the determination result, and the second message including the updated information is received as the factor. Transmitting to the node;
Outputting a log likelihood ratio when the process of delivering the first message and the second message is repeated the number of times; And
Detecting a codeword of each sensor node based on the log likelihood ratio.
제5항에 있어서,
상기 초기정보를 산출하는 단계는,
상기 채널 임펄스 응답에서 ISI가 발생한 임계 시간을 기준으로, 상기 임계 시간 이내의 신호는 ISI 정보를 반영하여 초기 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 액세스 포인트의 통신 방법.
The method of claim 5,
Computing the initial information,
And based on a threshold time at which ISI occurs in the channel impulse response, a signal within the threshold time reflects ISI information to calculate initial information.
제5항에 있어서,
상기 제1 메시지를 베리어블 노드로 전송하는 단계는,
상기 다이애딕 팩터 그래프에서 각 행들의 '1'의 개수에 기초하여 ISI 존재 유무를 판단하는 단계;
상기 판단결과 ISI가 존재하는 경우 팩터 노드를 계산하여 제1 메시지를 베리어블 노드로 전송하고, ISI가 존재하지 않은 경우 코드워드 정보를 투사하여 팩터 노드를 계산한 후, 제1 메시지를 베리어블 노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 포인트의 통신 방법.
The method of claim 5,
The transmitting of the first message to the versatile node may include:
Determining the presence or absence of ISI based on the number of '1's of each row in the diadytic factor graph;
If the ISI is present, the factor node is calculated and the first message is transmitted to the variable node. If the ISI is not present, codeword information is projected to calculate the factor node, and then the first message is calculated. And transmitting to the access point.
제5항에 있어서,
상기 제2 메시지를 상기 팩터 노드로 전송하는 단계는,
상기 다이애딕 팩터 그래프에서 각 행들의 '1'의 개수에 기초하여 ISI 존재 유무를 판단하는 단계;
상기 판단결과 ISI가 존재하는 경우 베리어블 노드를 계산하여 제2 메시지를 팩터 노드로 전송하고, ISI가 존재하지 않은 경우 상기 투사된 코드워드 정보를 확장하여 베리어블 노드를 계산한 후, 제2 메시지를 팩터 노드로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 포인트의 통신 방법.
The method of claim 5,
Sending the second message to the factor node,
Determining the presence or absence of ISI based on the number of '1's of each row in the diadytic factor graph;
If the ISI is present, the variable node is calculated and the second message is transmitted to the factor node. If the ISI is not present, the projected codeword information is expanded to calculate the variable node. Transmitting to the factor node.
제5항에 있어서,
상기 각 센서 노드의 코드워드를 검출하는 단계는,
상기 로그 우도비가 양수인 경우 '0'으로 복호하고, 음수인 경우 '-1'로 복호하여 각 센서노드의 코드워드를 검출하는 것을 특징으로 하는 액세스 포인트의 통신 방법.
The method of claim 5,
Detecting the codeword of each sensor node,
If the log likelihood ratio is positive, it is decoded as '0', and if it is negative, it is decoded as '-1' to detect the codeword of each sensor node.
복수의 센서 노드로부터 NOMA(Non-orthogonal Multiple Access) 방식으로 전송된 신호를 수신하는 송수신부;
압축 센싱(Compressed Sensing)을 이용하여 복합 채널 정보를 획득하고, 상기 복합 채널 정보에 기초한 채널 상호성을 이용하여 상기 수신된 신호의 다이애딕 채널을 추정하는 채널 추정부; 및
상기 추정된 다이애딕 채널을 고려하여 심벌 간 간섭(ISI) 존재여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 팩터 노드와 베리어블 노드의 정보를 기 설정된 횟수 반복하여 업데이트하고, 상기 업데이트된 결과에 기초하여 상기 복수의 센서 노드의 코드워드를 검출하는 신호 검출부
를 포함하는 액세스 포인트.
A transceiver for receiving a signal transmitted from a plurality of sensor nodes in a non-orthogonal multiple access (NOMA) scheme;
A channel estimating unit for acquiring composite channel information by using compressed sensing and estimating a diadic channel of the received signal by using channel interactivity based on the composite channel information; And
It is determined whether there is inter-symbol interference (ISI) in consideration of the estimated diadic channel, and the information of the factor node and the variable node is repeatedly updated according to the determination result, and based on the updated result, A signal detector for detecting codewords of the plurality of sensor nodes
Access point comprising a.
제10항에 있어서,
상기 채널 추정부는,
상기 복합 채널 정보에 기초한 채널 상호성을 이용하여 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값을 산출하며, 상기 첫번째 채널 임펄스 응답의 초기값에 기초하여 시간에 따른 나머지 채널들의 임펄스 응답을 추정하고, 상기 추정된 채널들의 임펄스 응답을 이용하여 다이애딕 포워드 채널과 다이애딕 백워드 채널을 추정하는 것을 특징으로 하는 액세스 포인트.
The method of claim 10,
The channel estimator,
Calculate an initial value of a first channel impulse response using channel interactivity based on the composite channel information, estimate an impulse response of remaining channels over time based on the initial value of the first channel impulse response, And using the impulse response to estimate the diadic forward channel and the diadic backward channel.
제10항에 있어서,
상기 신호 검출부는,
다이애딕 팩터 그래프를 생성하고, 상기 다이애딕 팩터 그래프에 기초하여 ISI 존재 여부를 판단하며, 그 판단결과에 따라 선택적으로 코드워드 정보를 투사하여 팩터 노드의 정보를 업데이트하고, 상기 ISI 존재 여부에 따라 상기 투사된 코드워드 정보를 확장하여 베리어블 노드의 정보를 업데이트하며, 상기 팩터노드 및 베리어블 노드의 정보 업데이트가 상기 횟수만큼 반복된 경우 로그 우도비를 출력하고, 상기 로그 우도비에 기초하여 각 센서 노드의 코드워드를 검출하는 것을 특징으로 하는 액세스 포인트.
The method of claim 10,
The signal detector,
Generates a die factor factor graph, determines whether there is an ISI based on the die factor factor graph, selectively updates codeword information by projecting codeword information according to the determination result, and updates the information of the factor node according to the presence of the ISI. Expands the projected codeword information to update the information of the variable node, and outputs a log likelihood ratio when the information on the factor node and the variable node is repeated the number of times and outputs a log likelihood ratio based on the log likelihood ratio. And detecting the codeword of the sensor node.
주변 무선 신호를 에너지 하비스팅하여 에너지를 축적하고, 기 설정된 임계치 이상의 에너지가 축적되어 활성 상태로 전환된 경우 M차 데이터를 기 정의된 매핑함수에 투사하여 심볼을 생성하고, 상기 심볼을 확산하여 스파스 코드워드를 생성하며, 상기 스파스 코드워드를 액세스 포인트로부터 수신한 반송파를 반사하여 NOMA(Non-orthogonal Multiple Access) 방식으로 전송하는 복수의 센서 노드; 및
압축 센싱과 채널 상호성을 이용하여 상기 복수의 센서 노드로부터 수신된 신호의 다이애딕 채널을 추정하고, 상기 추정된 다이애딕 채널과 심벌 간 간섭(ISI)을 고려하여 팩터 노드와 베리어블 노드의 정보를 기 설정된 횟수 반복하여 업데이트하며, 상기 업데이트된 결과에 기초하여 상기 복수의 센서 노드의 코드워드를 검출하는 액세스 포인트
를 포함하는 스파스 코드 기반 엠비언트 백스캐터 시스템.
Energy is collected by energy harvesting the surrounding radio signals, and when energy above a predetermined threshold is accumulated and converted into an active state, the M-order data is projected to a predefined mapping function to generate a symbol, and the symbol is spread to spread the spar. A plurality of sensor nodes generating a sparse codeword and transmitting the sparse codeword by reflecting a carrier wave received from an access point in a non-orthogonal multiple access (NOMA) scheme; And
Estimation of a diad channel of a signal received from the plurality of sensor nodes using compression sensing and channel interactivity, and information of a factor node and a variable node is considered in consideration of the estimated diacetic channel and symbol interference (ISI). An access point repeatedly updating a predetermined number of times and detecting codewords of the plurality of sensor nodes based on the updated result
Sparse code based ambient backscatter system comprising a.
KR1020180116921A 2018-10-01 2018-10-01 Communication Method of Access-Point in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system thereof KR102067050B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180116921A KR102067050B1 (en) 2018-10-01 2018-10-01 Communication Method of Access-Point in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system thereof
US16/232,523 US10999848B2 (en) 2018-10-01 2018-12-26 Sparse-coded ambient backscatter communication method and system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180116921A KR102067050B1 (en) 2018-10-01 2018-10-01 Communication Method of Access-Point in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102067050B1 true KR102067050B1 (en) 2020-01-16

Family

ID=69369031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180116921A KR102067050B1 (en) 2018-10-01 2018-10-01 Communication Method of Access-Point in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102067050B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113453181A (en) * 2020-03-26 2021-09-28 太原理工大学 Method, device and storage medium for identifying backscattering node of data to be transmitted
CN114978443A (en) * 2021-02-23 2022-08-30 维沃移动通信有限公司 Channel information acquisition method and device and communication equipment
CN114978443B (en) * 2021-02-23 2024-06-04 维沃移动通信有限公司 Channel information acquisition method and device and communication equipment

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160124223A (en) * 2014-04-28 2016-10-26 인텔 아이피 코포레이션 Non-orthogonal multiple access(noma) wireless systems and methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160124223A (en) * 2014-04-28 2016-10-26 인텔 아이피 코포레이션 Non-orthogonal multiple access(noma) wireless systems and methods

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
‘Using Coding to Improve Localization and Backscatter Communication Performance in Low-Power Sensor Networks", Department of Electrical and Computer Engineering, Duke University, 2016.* *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113453181A (en) * 2020-03-26 2021-09-28 太原理工大学 Method, device and storage medium for identifying backscattering node of data to be transmitted
CN113453181B (en) * 2020-03-26 2022-11-04 太原理工大学 Method, device and storage medium for identifying backscattering node of data to be transmitted
CN114978443A (en) * 2021-02-23 2022-08-30 维沃移动通信有限公司 Channel information acquisition method and device and communication equipment
CN114978443B (en) * 2021-02-23 2024-06-04 维沃移动通信有限公司 Channel information acquisition method and device and communication equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10999848B2 (en) Sparse-coded ambient backscatter communication method and system
Schepker et al. Compressive sensing multi-user detection with block-wise orthogonal least squares
JP5248608B2 (en) Communication system, receiver and communication method
KR20110014644A (en) Spread-spectrum coding of data blocks using repetition
KR20070038552A (en) Iterative channel and interference estimation with dedicated pilot tones for ofdma
TW201322680A (en) Channel parameters estimation method
JP2010062944A (en) Wireless communications system, wireless reception device, and wireless transmission device
Xue et al. Multiple access and data reconstruction in wireless sensor networks based on compressed sensing
KR20100121540A (en) A physical layer convergence protocol(plcp) packet structure for multiple-input-multiple-output(mimo) communication systems
Martalò et al. Markov chain-based performance analysis of multihop IEEE 802.15. 4 wireless networks
KR20210139244A (en) Systems and methods for modulating data to zeros and communicating in the presence of channel disturbances
JP2012500577A (en) Method for ranging devices using code sequences in WLAN
KR101568714B1 (en) Apparatus and method for tarnsmitting and receiving information through fast feedback channel in a broadband wireless communication system
TWI685233B (en) User selection method for non-orthogonal multiple access system and base station thereof
KR102169076B1 (en) Communication Method of Sensor Node in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system thereof
KR102067050B1 (en) Communication Method of Access-Point in sparse-Coded Ambient Backscatter system and system thereof
JP2008278474A (en) Wireless communications apparatus
Alam et al. Enhanced compressed sensing based multiuser detection for machine type communication
Ji et al. Compressed OTFS transmission over millimeter-wave and terahertz spectrum
CN101820407B (en) Serial interference cancellation based frequency domain initial ranging method and system
KR101008070B1 (en) Method and Device of Frequency Domain Equalization
CN109428679B (en) ZigBee self-adaptive multi-rate transmission method
RU2381628C2 (en) Method for signal transmission-reception in radio communication system with n transmission channels and m reception channels
CN110612672A (en) Apparatus and method for data detection using low-order analog-to-digital converter
Kang et al. Dual-domain compressed sensing method for oceanic environmental elements collection with underwater sensor networks

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant