KR102192334B1 - 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법 및 시스템 - Google Patents

3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법 및 시스템이 제시된다. 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법은, 기지국에서 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 제1 단말의 하향 링크 신호 및 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송함에 따라 제1 단말에서 중첩 신호를 수신하는 단계; 제2 단말에서 제1 단말로 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송함에 따라 제1 단말에서 제2 단말로부터 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하는 단계; 및 제1 단말은 기지국으로부터 수신한 제2 단말의 하향 링크 신호와 제2 단말로부터 수신한 제2 단말의 상향 링크 신호를 이용하여 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 기지국과 제2 단말에게 브로드캐스팅 하는 단계를 포함하고, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.

Description

3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법 및 시스템{JOINT POWER AND TIME ALLOCATION METHOD AND SYSTEM FOR THREE-PHASE TWO-WAY COOPERATIVE NOMA}
아래의 실시예들은 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 전력 도메인에서의 비 직교 다중 접속(Non-Orthogonal Multiple Access, NOMA)이 등장함에 따라 높은 주파수 효율과 넓은 셀 커버리지를 획득하기 위해 비교적 채널이 좋은 단말(Near User, NU)이 기지국과 직접적인 통신이 어려운 단말(Far User, FU)의 전송을 중계해 줌과 동시에 NOMA의 특성을 활용하여 자신의 신호를 송수신하는 NOMA 협력 통신이 각광받고 있다. 단방향 중계(One-Way Relay, OWR)를 기반으로 한 CNOMA(Cooperative Non-Orthogonal Multiple Access)(OW-CNOMA)의 정전 확률 감소 및 전송 속도 최적화를 위한 전력 및 시간 할당 방법은 다양한 시나리오에서 연구되어 왔다. 양방향 중계(Two-Way Relay, TWR)를 기반으로 한 CNOMA는 두 개의 사용자 그룹이 기지국의 중계를 통해 메시지를 교환하는 시나리오와 인지 무선 통신(Cognitive Radio)을 기반으로 한 시나리오를 위주로 연구되어 왔다.
기존 중계 노드를 이용한 연구에서 양방향 중계(TWR)가 단방향 중계(OWR)보다 높은 스펙트럼 효율을 얻을 수 있다는 점은 널리 알려져 왔으나, NOMA 협력 통신 방법에 양방향 전송을 적용하는 경우 기지국과 FU의 신호를 동시에 수신하여 디코딩할 때 단방향 전송 대비 추가적인 간섭이 발생하며, 추가적인 연속 간섭 제거(Successive Interference Cancellation, SIC) 프로세스가 요구되는 문제점이 있다.
반면, 3단계로 동작하는 양방향 중계의 경우 단방향 중계보다 이론적으로 33%의 스펙트럼 효율을 얻을 수 있으면서도 추가적인 간섭이나 연속 간섭 제거 프로세스가 요구되지 않는다는 장점이 있다. 그러나, 3단계 양방향 중계를 기반으로 한 CNOMA 시나리오에 대한 연구는 부족하다. 또한, NOMA에서 중첩되는 신호 간 전력 할당과 협력 통신에서의 시간 할당은 시스템의 성능을 좌우하는 매우 중요한 문제이기 때문에 전력 및 시간 할당 방법에 대한 연구가 필요하다.
Q. Li and P. K. Varshney, "Resource Allocation and Outage Analysis for an Adaptive Cognitive Two-Way Relay Networks," IEEE Trans. Wireless Commun., vol. 16, no. 7, July 2017.
실시예들은 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법 및 시스템에 관하여 기술하며, 보다 구체적으로 3단계로 동작하는 양방향 중계 기반의 CNOMA(three-phase two-way relay based Cooperative Non-Orthogonal Multiple Access, TP-CNOMA) 시나리오를 제안하고, 시스템의 성공 확률을 최대화할 수 있는 전력 및 시간 할당 기술을 제공한다.
일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법은, 기지국에서 상기 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 상기 제1 단말의 하향 링크 신호 및 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송함에 따라 상기 제1 단말에서 상기 중첩 신호를 수신하여 복호하는 단계; 상기 제2 단말에서 상기 제1 단말에게 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송함에 따라 상기 제1 단말에서 상기 상향 링크 신호를 수신하여 복호하는 단계; 및 상기 제1 단말이 상기 기지국으로부터 수신하여 복호한 상기 제2 단말의 하향 링크 신호와 상기 제2 단말로부터 수신하여 복호한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 이용하여 , 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 하는 단계를 포함하고, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
상기 제1 단말에서 상기 중첩 신호를 수신하는 단계는, 상기 제1 단말은 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하는 단계; 및 상기 제1 단말이 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 성공적으로 복호화하는 경우, 상기 기지국으로부터의 수신 신호에서 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 수신 신호에서 제거한 후 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 단말은, 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하며, 상기 제2 단말은 상기 제2 단말의 상향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 최종적으로 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 수신할 수 있다.
상기 기지국은, 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하고, 상기 기지국은 상기 제2 단말의 하향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 T 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어지며, 제
Figure 112019056599839-pat00001
의 시간 동안 상기 기지국에서 상기 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 상기 제1 단말의 하향 링크 신호 및 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송하고,
Figure 112019056599839-pat00002
의 시간 동안 상기 제2 단말에서 상기 제1 단말로 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송하며,
Figure 112019056599839-pat00003
의 시간 동안 상기 제1 단말은 복호화한 상기 제2 단말의 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 하며, 각 단계에 소요되는 시간의 합은 상기 타임 슬롯의 길이 T 시간을 초과하지 않을 수 있다.
다른 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템은, 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 상기 제1 단말의 하향 링크 신호 및 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송하는 기지국; 상기 제1 단말로 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송하는 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말; 및 상기 기지국으로부터 수신한 상기 제2 단말의 하향 링크 신호와 상기 제2 단말로부터 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 복호화하고, 상기 제2 단말의 하향 링크 신호와 상향 링크 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 하는 제1 단말을 포함하고, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
상기 제1 단말은, 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하고, 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 성공적으로 복호화하는 경우, 상기 기지국으로부터의 수신 신호에서 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 제거한 후 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
상기 제2 단말은, 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하며, 상기 제2 단말은 상기 제2 단말의 상향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 최종적으로 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 할 수 있다.
상기 기지국은, 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하고, 상기 기지국은 상기 제2 단말의 하향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템은, 기지국에서 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 제1 단말의 하향 링크 신호 및 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송함에 따라 제1 단말에서 중첩 신호를 수신하고, 제2 단말에서 제1 단말로 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송함에 따라 제1 단말에서 제2 단말로부터 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하는 수신부; 및 제1 단말에서 기지국으로부터 수신한 제2 단말의 하향 링크 신호와 제2 단말로부터 수신한 제2 단말의 상향 링크 신호를 이용하여 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 기지국과 제2 단말에게 브로드캐스팅 하는 브로드캐스팅부를 포함하고, 제1 단말 및 제2 단말은 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 제1 단말 및 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
수신부는, 제1 단말은 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하고, 제1 단말이 제2 단말의 하향 링크 신호를 성공적으로 복호화하는 경우, 기지국으로부터의 수신 신호에서 제2 단말의 하향 링크 신호를 제거한 후 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 기지국의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법에 있어서, 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 상기 제1 단말의 하향 링크 신호 및 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송하는 단계; 및 상기 제1 단말에서 상기 기지국으로부터 수신한 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하고, 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 함에 따라, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하고, 상기 제2 단말의 하향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 복호화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법에 있어서, 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말로 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송하는 단계; 및 상기 제1 단말에서 상기 기지국으로부터 제1 단말의 하향 링크 신호 및 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 수신 후, 수신한 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하고, 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 함에 따라, 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 최종적으로 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 수신하는 단계를 포함하고, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면 전력 및 시간 할당 방법을 적용하는 경우, 고정 전력 및 동일 시간 할당 방법을 사용했을 경우보다 시스템 정전 확률(system outage probability)을 65% 정도 감소시킬 수 있다.
또한, 실시예들에 따르면 최적의 전력 및 시간 할당 방법을 사용한 단방향 중계 기반의 CNOMA(one-way relay based CNOMA, OW-CNOMA) 보다 시스템 정전 확률을 40% 정도 감소시킬 수 있다.
또한, 기존 단방향 중계 기반의 CNOMA는 하향 링크와 상향 링크 중계를 각각 수행하였으나, 실시예들에 따른 시스템에서는 하향 링크와 상향 링크 중계를 동시에 진행함으로써 더 높은 에너지 효율을 얻을 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 송신 SNR 대비 정전 확률 비교를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 기지국과 NU 사이 거리 변화에 따른 적응적 시간 및 전력 할당을 나타내는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 기지국과 NU 사이 거리 변화에 따른 정전 확률 비교를 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 기지국과 NU 사이 거리 변화에 따른 시스템 정전 확률 비교를 나타내는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 기지국의 전송 가능 시간 대비 정전 확률을 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따른 단말의 전송 가능 시간 대비 정전 확률을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
아래에서는 3단계로 동작하는 양방향 중계 기반의 CNOMA(three-phase two-way relay based Cooperative Non-Orthogonal Multiple Access, TP-CNOMA) 시나리오를 제안하고, 시스템의 성공 확률(system success probability)을 최대화 할 수 있는 전력 및 시간 할당 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템(100)의 동작을 나타내며, 여기서 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템(100)은 3단계로 동작하는 양방향 중계 기반의 CNOMA(three-phase two-way relay based Cooperative Non-Orthogonal Multiple Access, TP-CNOMA)로 언급될 수 있다. 즉, 도 1은 일 실시예에 따른 TP-CNOMA 시나리오 동작을 나타낸다.
여기에서는 간단한 설명을 위해 단일 셀에 두 개의 단말이 있는 경우를 가정한다. 두 개의 단말은 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 비교적 채널이 좋은 제1 단말(Near User, NU)(120) 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(Far User, FU)(130)로 표현될 수 있다. 한편, 기지국과 양방향 협력 통신을 수행하는 단말은 제1 단말 및 제2 단말에 제한되지 않으나, 아래에서는 기지국과 직접적인 통신이 가능한 단말을 제1 단말로 언급하고, 기지국과 직접적인 통신이 어려운 단말을 제2 단말로 언급하기로 한다. 두 개의 단말(120, 130)은 모두 기지국(110)과 양방향 통신을 하고자 하나, FU(130)는 기지국(110)과의 직접적인 통신이 불가능하여 NU로부터 도움을 받아야 하는 상황이다. 이 때, 기지국(110)과 NU(120) 사이의 거리는
Figure 112019056599839-pat00004
, NU(120)와 FU(130) 사이의 거리는
Figure 112019056599839-pat00005
로 표기하며, 채널은 각각
Figure 112019056599839-pat00006
과
Figure 112019056599839-pat00007
로 표기할 수 있다. 각 노드는 모두 단일 안테나를 가지고 있을 때를 가정하였으며, DF(decode-and-forward) 릴레이 전략을 기반으로 한다. 또한, FU(130)의 하향 링크 신호를
Figure 112019056599839-pat00008
, FU(130)의 상향 링크 신호를
Figure 112019056599839-pat00009
, NU(120)의 하향 링크 신호를
Figure 112019056599839-pat00010
, 그리고 NU(120)의 상향 링크 신호를
Figure 112019056599839-pat00011
으로 표기할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템(100)은 기지국(110), 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120) 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)을 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서는 기지국(110), 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120) 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)을 통해 설명하고 있으나, 기지국, 제1 단말 및 제2 단말에 제한되지는 않는다. 예를 들어, V2X(vehicle to everything)의 경우 소대로 움직이는 자동차 그룹의 선두주자는 그룹 내의 다른 차량들과 양방향 협력 통신을 수행할 수 있다. 이 때, 그룹의 선두주자가 기지국이 될 수 있으며, 그룹 내의 다른 차량들 중 선두주자와 직접적인 통신이 가능한 차량은 제1 단말이 될 수 있고, 선두주자와 직접적인 통신이 어려운 차량은 제2 단말로 언급될 수 있다. 즉, 기지국은 통신을 중계할 수 있는 하나의 단말일 수 있으며, 제1 단말 및 제2 단말은 양방향 협력 통신을 수행할 수 있는 단말일 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 단말은 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 내비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook) 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 단말에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등과 같은 고정 단말에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
기지국(110)은 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120)에게 제1 단말(120)의 하향 링크 신호 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송할 수 있다.
기지국(110)은 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하고, 기지국(110)은 제2 단말(130)의 하향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 수신하며, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
제1 단말(120)은 기지국(110)으로부터 수신한 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있다. 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 성공적으로 복호화하는 경우, 제1 단말(120)은 기지국(110)으로부터의 수신 신호에서 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 제거한 후 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
이후, 제1 단말(120)은 복호화한 제2 단말(130)의 하향 링크 신호와 상향 링크를 신호를 이용하여 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말(120)의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 기지국(110)과 제2 단말(130)에게 브로드캐스팅 할 수 있다.
제2 단말(130)은 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려우며, 제1 단말(120)로 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 전송할 수 있다.
제2 단말(130)은 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하며, 제2 단말(130)은 제2 단말(130)의 상향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 최종적으로 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 할 수 있다.
여기서, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)은 기지국(110)과 양방향 통신을 하고자 하며, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 두 개의 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 T 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다. 첫 번째 단계는
Figure 112019056599839-pat00012
의 시간 동안 이루어지며, 기지국(110)이 NU(120)에게
Figure 112019056599839-pat00013
와
Figure 112019056599839-pat00014
으로 이루어진 중첩 신호를 전송할 수 있다. 이 때, NU(120)에서 수신한 신호는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019056599839-pat00015
이 때,
Figure 112019056599839-pat00016
는 기지국(110)의 피크 전력을 나타내며,
Figure 112019056599839-pat00017
은 전력 할당을 나타내는 변수이다. 우선 NU(120)는
Figure 112019056599839-pat00018
를 복호화(디코딩)하며,
Figure 112019056599839-pat00019
에 대한 수신 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019056599839-pat00020
Figure 112019056599839-pat00021
는 단말의 송신 SNR(Signal To Noise Ratio)을 의미한다. 즉,
Figure 112019056599839-pat00022
이다.
Figure 112019056599839-pat00023
는 단말의 최대 전력으로 정규화된(normalized) 기지국(110)의 송신 전력이다(즉,
Figure 112019056599839-pat00024
). 만약 NU(120)가
Figure 112019056599839-pat00025
를 성공적으로 복호화 하였다면, 수신 신호에서
Figure 112019056599839-pat00026
를 제거한 후
Figure 112019056599839-pat00027
을 복호화할 수 있다.
Figure 112019056599839-pat00028
에 대한 수신 SINR은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112019056599839-pat00029
두 번째 단계는
Figure 112019056599839-pat00030
의 시간 동안 이루어지며, FU(130)가 NU(120)에게
Figure 112019056599839-pat00031
를 전송할 수 있다.
Figure 112019056599839-pat00032
의 수신 SINR은
Figure 112019056599839-pat00033
로 나타낼 수 있다.
세 번째 단계는
Figure 112019056599839-pat00034
의 시간 동안 NU(120)는 복호화한 FU(130)의 신호를 이용하여
Figure 112019056599839-pat00035
를 생성할 수 있다. 그리고,
Figure 112019056599839-pat00036
와
Figure 112019056599839-pat00037
으로 이루어진 중첩 신호를 기지국(110)과 FU(130)에게 브로드캐스팅 할 수 있다.
FU(130)에서 받은 신호는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112019056599839-pat00038
이 때,
Figure 112019056599839-pat00039
는 단말의 피크 전력을 나타내며,
Figure 112019056599839-pat00040
은 3단계에서 전력 할당을 나타내는 변수이다. FU(130)는 우선
Figure 112019056599839-pat00041
에 대해 복호화할 수 있다. FU(130)는 이미
Figure 112019056599839-pat00042
에 대한 정보를 가지고 있으므로,
Figure 112019056599839-pat00043
를 취함으로써 최종적으로
Figure 112019056599839-pat00044
를 수신할 수 있다. 따라서 FU(130)에서의
Figure 112019056599839-pat00045
수신 SINR은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112019056599839-pat00046
한편, 3단계에서 기지국(110)이 수신한 신호는 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112019056599839-pat00047
기지국(110)은 우선
Figure 112019056599839-pat00048
에 대해 복호화할 수 있다. 기지국(110)은 이미
Figure 112019056599839-pat00049
에 대한 정보를 가지고 있으므로,
Figure 112019056599839-pat00050
를 수신할 수 있다. 따라서 기지국(110)에서
Figure 112019056599839-pat00051
의 수신 SINR은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112019056599839-pat00052
기지국(110)은 수신 신호에서
Figure 112019056599839-pat00053
를 제거하고 난 후
Figure 112019056599839-pat00054
을 복호화하며,
Figure 112019056599839-pat00055
의 수신 SINR은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112019056599839-pat00056
k 번째 단계에서 노드 j의 신호 i에 대한 순시 rate는
Figure 112019056599839-pat00057
와 같이 계산될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법은, 기지국(110)에서 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120)에게 제1 단말(120)의 하향 링크 신호 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송함에 따라 제1 단말(120)에서 중첩 신호를 수신하는 단계(S110), 제2 단말(130)에서 제1 단말(120)로 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 전송함에 따라 제1 단말(120)에서 제2 단말로부터 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 수신하는 단계(S120) 및 제1 단말(120)은 기지국(110)으로부터 수신한 제2 단말(130)의 하향 링크 신호와 제2 단말(130)로부터 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 이용하여 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말(120)의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 기지국(110)과 제2 단말(130)에게 브로드캐스팅 하는 단계(S130)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)은 기지국(110)과 양방향 통신을 하고자 하며, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
아래에서 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법의 각 단계를 하나의 예를 들어 보다 구체적으로 설명한다.
일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법은 도 1 및 도 2에서 설명한 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템(100)을 통해 수행될 수 있다. 여기서, 일 실시예에 따른 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템(100)은 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120)을 포함할 수 있으며, 제1 단말(120)은 수신부 및 브로드캐스팅부를 포함할 수 있다.
제1 단말(120)의 수신부는 기지국(110)에서 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120)에게 제1 단말(120)의 하향 링크 신호 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송함에 따라 제1 단말(120)에서 중첩 신호를 수신하고, 제2 단말(130)에서 제1 단말(120)로 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 전송함에 따라 제1 단말(120)에서 제2 단말(130)로부터 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 수신할 수 있다. 또한, 수신부는 제1 단말(120)은 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 복호화하고, 제1 단말(120)이 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 성공적으로 복호화하는 경우, 기지국(110)으로부터의 수신 신호에서 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 제거한 후 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
그리고, 제1 단말(120)의 브로드캐스팅부는 기지국(110)으로부터 수신한 제2 단말(130)의 하향 링크 신호와 제2 단말(130)로부터 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 이용하여 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말(120)의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 기지국(110)과 제2 단말(130)에게 브로드캐스팅 할 수 있다. 여기서, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)은 기지국(110)과 양방향 통신을 하고자 하며, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
또한 실시예에 따라 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템(100)은 기지국(110), 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120) 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)을 포함할 수 있다.
단계(S110)에서, 기지국(110)에서 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120)에게 제1 단말(120)의 하향 링크 신호 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송함에 따라 제1 단말(120)에서 중첩 신호를 수신할 수 있다.
제1 단말(120)은 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있다. 제1 단말(120)이 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 성공적으로 복호화하는 경우, 기지국(110)으로부터의 수신 신호에서 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 제거한 후 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
단계(S120)에서, 제2 단말(130)에서 제1 단말(120)로 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 전송함에 따라 제1 단말(120)에서 제2 단말(130)로부터 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 수신할 수 있다. 이후, 제1 단말(120)은 제2 단말(130)의 하향 링크 신호와 제1 단말(110)의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
단계(S130)에서, 제1 단말(120)은 기지국(110)으로부터 수신한 제2 단말(130)의 하향 링크 신호와 제2 단말(130)로부터 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 이용하여 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말(120)의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 기지국(110)과 제2 단말(130)에게 브로드캐스팅할 수 있다. 한편, 단계(S110) 및 단계(S120)에서 수신한 신호에 대해 복호화 과정을 수행하지 않은 경우, 단계(S130)에서 수신한 신호에 대해 복호화 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 단말(120)은 기지국(110)으로부터 수신한 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있다. 또한 제1 단말(120)은 제2 단말(130)로부터 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 복호화하는 것도 가능하다.
이에 따라 제2 단말(130)은 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하며, 제2 단말(130)은 제2 단말(130)의 상향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 최종적으로 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 수신할 수 있다.
또한, 기지국(110)은 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하고, 기지국(110)은 제2 단말(130)의 하향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 수신하며, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 복호화할 수 있다.
제1 단말(120) 및 제2 단말(130)의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 T 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어지며, 제
Figure 112019056599839-pat00058
의 시간 동안 기지국(110)에서 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120)에게 제1 단말(120)의 하향 링크 신호 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송하고,
Figure 112019056599839-pat00059
의 시간 동안 제2 단말(130)에서 제1 단말(120)로 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 전송하며,
Figure 112019056599839-pat00060
의 시간 동안 제1 단말(120)은 복호화한 제2 단말(130)의 신호를 이용하여 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말(120)의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 기지국(110)과 제2 단말(130)에게 브로드캐스팅 하며, 각 단계에 소요되는 시간의 합은 타임 슬롯의 길이 T 시간을 초과하지 않을 수 있다.
기지국(110)의 동작을 다음과 같이 나타낼 수 있다. 다른 실시예에 따른 기지국(110)의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법은 기지국(110)에 의해 수행될 수 있다.
다른 실시예에 따른 기지국(110)의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법에 있어서, 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120)에게 제1 단말(120)의 하향 링크 신호 및 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송하는 단계, 및 제1 단말(120)에서 기지국(110)으로부터 수신한 제2 단말(130)의 하향 링크 신호와 제2 단말(130)로부터 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 이용하여 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말(120)의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 기지국(110)과 제2 단말(130)에게 브로드캐스팅 함에 따라, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말(120)의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)은 기지국(110)과 양방향 통신을 하고자 하며, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
기지국(110)은 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하고, 제2 단말(130)의 하향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 수신하며, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 복호화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)의 동작을 다음과 같이 나타낼 수 있다. 또 다른 실시예에 따른 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법은 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)에 의해 수행될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 기지국(110)과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말(130)의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법에 있어서, 기지국(110)과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말(120)로 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 전송하는 단계, 및 제1 단말(120)에서 기지국(110)으로부터 제1 단말(120)의 하향 링크 신호 및 제2 단말(130)의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 수신 후, 수신한 제2 단말(130)의 하향 링크 신호와 제2 단말로부터 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호를 이용하여 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하며, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 제1 단말(120)의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 기지국(110)과 제2 단말(130)에게 브로드캐스팅 함에 따라, 수신한 제2 단말(130)의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하며, 제2 단말(130)의 상향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 최종적으로 제2 단말(130)의 하향 링크 신호를 수신하는 단계를 포함하고, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)은 기지국(110)과 양방향 통신을 하고자 하며, 제1 단말(120) 및 제2 단말(130)의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어질 수 있다.
실시예들에 따르면 전력 및 시간 할당 방법을 적용하는 경우, 고정 전력 및 동일 시간 할당 방법을 사용했을 경우보다 시스템 정전 확률(system outage probability)을 65% 정도 감소시킬 수 있다. 또한, 최적의 전력 및 시간 할당 방법을 사용한 단방향 중계 기반의 CNOMA(one-way relay based CNOMA, OW-CNOMA) 보다 시스템 정전 확률을 40% 정도 감소시킬 수 있다. 또한, 기존 단방향 중계 기반의 CNOMA는 하향 링크와 상향 링크 중계를 각각 수행하였으나, 제안하는 시스템에서는 하향 링크와 상향 링크 중계를 동시에 진행해줌으로써 더 높은 에너지 효율을 얻을 수 있다.
아래에서는 시스템 정전 확률 최소화를 위한 전력 및 시간 할당 기술에 대해 설명한다.
시스템 정전 확률을 최소화하기 위해 우선적으로 시스템 정전 확률을 조사할 수 있다. 기지국과 NU(120) 사이의 채널
Figure 112019056599839-pat00061
과 NU(120)와 FU(130) 사이의 채널
Figure 112019056599839-pat00062
가 i.i.d. block Rayleigh channel을 겪는다고 가정하고, 채널 전력 이득은 지수 분포를 따른다고 가정한다. 즉,
Figure 112019056599839-pat00063
이고, 여기서
Figure 112019056599839-pat00064
이고,
Figure 112019056599839-pat00065
이다.
Figure 112019056599839-pat00066
는 거리 감쇄 모델의 감쇄 계수를 의미한다.
먼저, 시스템 정전 확률에 대해 설명한다.
위의 가정에 따라
Figure 112019056599839-pat00067
의 보완적 누적 분포 함수(Complementary Cumulative Distribution FU(130)nction, CCDF)는
Figure 112019056599839-pat00068
와 같이 주어진다. 이제부터 k 번째 단계의 노드 j에서 신호 i가 성공적으로 복호화될 확률을
Figure 112019056599839-pat00069
로 정의한다. 이때,
Figure 112019056599839-pat00070
는 신호 i의 목표 전송률(target rate)이다. 우선, 1단계에서 NU(120)가 FU(130)의 하향 링크 신호를 복호화할 수 있을 확률은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112019056599839-pat00071
이 때,
Figure 112019056599839-pat00072
이고,
Figure 112019056599839-pat00073
이다. 쉬운 표기를 위해
Figure 112019056599839-pat00074
에 사용되는 CCDF 함수
Figure 112019056599839-pat00075
의 입력 x를
Figure 112019056599839-pat00076
로 표기하며, 단계 k에서 신호 i의 목표(target) SNR을
Figure 112019056599839-pat00077
로 표기할 수 있다. 즉,
Figure 112019056599839-pat00078
이다. 동일한 방법으로 k 번째 단계의 노드 j에서 신호 i가 성공적으로 복호화될 확률을 구하면 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112019056599839-pat00079
따라서, 모든 신호가 최종 노드에서 성공적으로 복호화될 확률인 시스템 성공 확률(system success probability)은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112019056599839-pat00080
다음으로, 전력 및 시간 할당 방법에 대해 설명한다.
시스템 성공 확률의 최대화 문제는 다음과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112019056599839-pat00081
각 단계에 소요되는 시간은 타임 슬롯의 길이를 초과할 수 없으며, 각 단계에 소요되는 시간의 합은 타임 슬롯 길이를 초과할 수 없다. 또한, 노드가 최대 파워로
Figure 112019056599839-pat00082
시간 동안 전송할 때, 총 소모된 에너지는 노드의 최대 에너지를 초과할 수 없다는 점이 고려되었다.
최적 전력 및 시간 할당 값은 다음 표 1의 알고리즘을 통해 얻을 수 있다.
[표 1]
Figure 112019056599839-pat00083
자세한 증명과 파라미터의 정의는 아래의 전력 할당과 시간 할당에서 설명한다.
전력 할당
단계 1에서의 동작은 기존의 하향 링크 CNOMA와 동일하기 때문에 최적 전력
Figure 112019056599839-pat00084
은 (비특허문헌 1)에 따라 다음과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112019056599839-pat00085
단계 3에서의 최적 전력 할당 문제는 다음과 같이 재정의될 수 있다.
[수학식 14]
Figure 112019056599839-pat00086
시스템 성공 확률에 따르면,
Figure 112019056599839-pat00087
혹은
Figure 112019056599839-pat00088
인 경우 시스템 성공 확률이 0가 되기 때문에 전력 할당 범위는 수학식 14와 같이 정의되었다.
Figure 112019056599839-pat00089
일 때,
Figure 112019056599839-pat00090
이면,
Figure 112019056599839-pat00091
이다.
Figure 112019056599839-pat00092
와
Figure 112019056599839-pat00093
는 모두
Figure 112019056599839-pat00094
에 대한 감소함수이기 때문에, 수학식 14는
Figure 112019056599839-pat00095
범위 내에서
Figure 112019056599839-pat00096
일 때 최대값을 갖는다. 반면,
Figure 112019056599839-pat00097
범위에서 수학식 14는 다음 식과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 15]
Figure 112019056599839-pat00098
수학식 15는 convex 문제이므로, 라그랑지안과 KKT 조건을 이용하여 다음과 같은 해를 구할 수 있다.
[수학식 16]
Figure 112019056599839-pat00099
따라서,
Figure 112019056599839-pat00100
이면(1.15)의 범위 내에 해가 존재하기 때문에, 최적 전력
Figure 112019056599839-pat00101
은
Figure 112019056599839-pat00102
가 된다. 반면,
Figure 112019056599839-pat00103
라면, 최적 전력은
Figure 112019056599839-pat00104
이 된다.
시간 할당
간단한 표현을 위해, 최적의
Figure 112019056599839-pat00105
와
Figure 112019056599839-pat00106
를 적용한
Figure 112019056599839-pat00107
를
Figure 112019056599839-pat00108
로 정의하고,
Figure 112019056599839-pat00109
로 정의한다. 또한, EB / pB와 EU / pU를 각각 tB와 tU로 나타낸다. 우선, 고정된 t3에 따른 최적 t1과 t2를 다음 식과 같이 구할 수 있다.
[수학식 17]
Figure 112019056599839-pat00110
최적의 전력 할당을 적용하였을 때,
Figure 112019056599839-pat00111
이며,
Figure 112019056599839-pat00112
이다.
Figure 112019056599839-pat00113
라 하면, t2는
Figure 112019056599839-pat00114
일 때, tU가 된다. 따라서,
Figure 112019056599839-pat00115
인 구간에서 Q2는 t1과 상관없이 일정한 값을 갖는다. 또한,
Figure 112019056599839-pat00116
일 때,
Figure 112019056599839-pat00117
이면,
Figure 112019056599839-pat00118
로 일정한 값을 갖는다. 따라서,
Figure 112019056599839-pat00119
이면, Q2는 항상 일정한 값을 가지며, 반대인 경우 Q2는 t1에 대한 증가함수이다. 반면,
Figure 112019056599839-pat00120
일 때,
Figure 112019056599839-pat00121
이면,
Figure 112019056599839-pat00122
로 t1과 상관없이 일정한 값을 갖는다. 반대의 경우, Q1은 t1에 대한 증가함수이다. 따라서, 만약
Figure 112019056599839-pat00123
이면,
Figure 112019056599839-pat00124
범위 내에서 Q1과 Q2 모두 일정한 값을 가지며 이 때 최대값을 갖는다. 반면,
Figure 112019056599839-pat00125
이면, 수학식 17은 t1에 대해 범위를 나누어 생각할 수 있다.
Figure 112019056599839-pat00126
이면 Q1 + Q2는 t1에 대한 증가함수이다.
Figure 112019056599839-pat00127
이면, Q1 + Q2는 t1에 대한 감소함수이다.
Figure 112019056599839-pat00128
이면, 아래와 같이 $t_1$에 대한 convex 문제로 표현될 수 있다.
[수학식 18]
Figure 112019056599839-pat00129
수학식 18은 convex 문제이므로,
Figure 112019056599839-pat00130
의 미분인 수학식 19가 0이 되는 지점을
Figure 112019056599839-pat00131
이라 정의할 수 있다.
[수학식 19]
Figure 112019056599839-pat00132
이 때,
Figure 112019056599839-pat00133
은 bisection algorithm이나 matlab의 fsolve 함수 등을 이용하여 쉽게 찾을 수 있다. 만약,
Figure 112019056599839-pat00134
이 수학식 18의 t1의 범위 내에 있다면, 최적의
Figure 112019056599839-pat00135
은
Figure 112019056599839-pat00136
이 된다. 만약
Figure 112019056599839-pat00137
이라면,
Figure 112019056599839-pat00138
는 범위 내에서 t1이 증가함에 따라 감소하므로,
Figure 112019056599839-pat00139
이 된다. 반면,
Figure 112019056599839-pat00140
인 경우, 범위 내에서
Figure 112019056599839-pat00141
은 범위 내에서 t1에 따라 증가하므로
Figure 112019056599839-pat00142
이다.
Q2는
Figure 112019056599839-pat00143
에 의해 바운드 되기 때문에
Figure 112019056599839-pat00144
를 만드는
Figure 112019056599839-pat00145
이상의 시간 할당이 요구되지 않는다. 따라서 에너지 낭비를 줄이기 위해 t2를
Figure 112019056599839-pat00146
와 같이 조절할 수 있다.
아래에서는 앞서 설명한 전력 및 시간 할당 방법을 적용한 TP-CNOMA의 성능 평가를 시행한다. 기존 방법과의 성능 비교를 위해 다음과 같이 용어를 정의할 수 있다.
TP-OJPT(TP-CNOMA adopting optimal joint power and time allocation): 일 실시예에 따른 전력 및 시간 할당 방법을 적용한 TP-CNOMA
TP-FPET(TP-CNOMA adopting fixed power and equal time allocation): 고정 전력 할당과 동일 시간 할당 방법을 적용한 TP-CNOMA
TP-OPET(TP-CNOMA adopting optimal power and equal time allocation): 최적 전력 할당과 동일 시간 할당 방법을 적용한 TP-CNOMA
OW-OJPT(conventional OW-CNOMA adopting optimal joint power and time allocation) 최적 전력 및 시간 할당 방법을 적용한 OW-CNOMA로, 최적 전력은 (비특허문헌 1)을 통해 계산되었으며, 시간은 전 범위 탐색을 통해 획득하였다.
Path loss exponent는 2로 가정하였으며 기지국과 FU 사이의 거리는 1로 정규화(normalized) 하였다. 따라서
Figure 112019056599839-pat00147
이다. 성능은 시스템 정전 확률(system outage probability)
Figure 112019056599839-pat00148
를 기준으로 평가한다.
도 4는 일 실시예에 따른 송신 SNR 대비 정전 확률 비교를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면,
Figure 112019056599839-pat00149
m,
Figure 112019056599839-pat00150
bps/Hz,
Figure 112019056599839-pat00151
bps/Hz,
Figure 112019056599839-pat00152
일 때, 4가지 방법의 시스템 정전 확률을 비교한 것이다. 시스템 정전 확률은 몬테카를로 시뮬레이션(Monte Carlo simulation)으로 검증되었다. TP-FPET에 대해서
Figure 112019056599839-pat00153
로 고정 후 시뮬레이션을 수행하였다. 도 4를 통해 일 실시예에 따른 전력 및 시간 할당 방법을 사용하였을 경우, TP-FPET 대비 3.5 dB, TP-OPET 대비 1 dB, OW-OJPT 대비 1.5 dB의 정전 성능 이득이 있음을 확인할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 기지국과 NU 사이 거리 변화에 따른 적응적 시간 및 전력 할당을 나타내는 도면이다. 그리고, 도 6은 일 실시예에 따른 기지국과 NU 사이 거리 변화에 따른 정전 확률 비교를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면,
Figure 112019056599839-pat00154
= 20 dB,
Figure 112019056599839-pat00155
bps/Hz, 및
Figure 112019056599839-pat00156
bps/Hz,
Figure 112019056599839-pat00157
일 때의 성능을 나타내고 있으며, 기지국과 NU 사이의 거리의 변화에 따라 시간 및 전력 할당이 적응적으로 이루어지는 것을 보여준다. 일 실시예에 따른 전력 및 시간 할당 방법은 전 범위 탐색을 통한 최적 전력 및 시간 할당보다 복잡도가 낮음에도 불구하고 동일한 성능을 보임을 확인할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 기지국과 NU 사이 거리 변화에 따른 시스템 정전 확률 비교를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면,
Figure 112019056599839-pat00158
= 20 dB 및
Figure 112019056599839-pat00159
bps/Hz인 환경에서 기지국과 NU 거리 변화와 FU의 목표 전송률(target rate)에 따라 4가지 기법 간 시스템 정전 확률을 비교한다. FU의 목표 전송률(target rate)은
Figure 112019056599839-pat00160
,
Figure 112019056599839-pat00161
,
Figure 112019056599839-pat00162
bps/Hz로 변화시켜가며 성능을 확인하였다.
일 실시예에 따른 TP-OJPT의 성능은 전 범위 탐색 방법을 통해 검증되었다. 일 실시예에 따른 방법은 기존의 OW-OJPT 대비 FU의 목표 전송률(target rate)이(0.5,0.5) bps/Hz 일 때 최대 35.3%, (0.7,0.3) 일 때 최대 21.3%, (0.3,0.7) 일 때 33.4%의 시스템 정전 확률을 감소시킬 수 있다. 또한, TP-OPET 대비 FU의 목표 전송률(target rate)이 (0.5,0.5) bps/Hz 일 때 최대 39.7%, (0.7,0.3) 일 때 최대 62.9%, (0.3,0.7) 일 때 61.2%의 시스템 정전 확률을 감소시킬 수 있으며, TP-FPET 대비 FU의 목표 전송률(target rate)이 (0.5,0.5) bps/Hz 일 때 최대 66.2%, (0.7,0.3) 일 때 최대 74%, (0.3,0.7) 일 때 63.9%의 시스템 정전 확률을 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다.
도 8은 일 실시예에 따른 기지국의 전송 가능 시간 대비 정전 확률을 나타내는 도면이다. 그리고 도 9는 일 실시예에 따른 단말의 전송 가능 시간 대비 정전 확률을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면,
Figure 112019056599839-pat00163
bps/Hz,
Figure 112019056599839-pat00164
= 20, 기지국과 NU 사이의 거리인 d1이 0.5 m 일 때, 기지국의 전송 가능 시간 tB와 단말의 전송 가능 시간 tU에 따른 정전 확률을 나타내고 있다. tB와 tU는 노드의 사용 가능 에너지에 따라 결정되는 파라미터이다.
도 8의 파란색 그래프는 단말이 전송에 필요한 충분한 에너지를 가지고 있는 경우이며, 붉은색은 단말이 0.3T 동안 전송할 수 있는 에너지를 가진 경우이다. 두 경우 모두 tB가 증가함에 따라 시스템 정전 확률이 낮아지다가, 시간 합 제약과 다른 phase의 정전 확률로 인해 성능이 바운드 된다. 이때, 바운드된 성능은 최적의 시스템 정전 확률 값으로 제안하는 일 실시예에 따른 시스템이 더 좋은 성능을 가질 수 있는 것을 확인할 수 있다. 특히, 단말의 에너지가 충분하지 않은 경우 성능 이득이 더 커지는 것을 보였다.
도 9는 단말의 전송 가능 시간에 따른 정전 확률로, 파란색 그래프는 기지국이 전송에 필요한 충분한 에너지를 가지고 있는 경우이며, 붉은색은 약 0.2T 동안 전송할 수 있는 에너지를 가진 경우이다. 일 실시예에 따른 시스템의 바운드 되는 시스템 정전 확률이 더 낮을 뿐만 아니라, 더 짧은 tU에서 최적의 성능을 가질 수 있기 때문에 단말의 에너지 측면에서도 10% 정도의 이득이 발생함을 확인할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 기지국에서 상기 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 상기 제1 단말의 하향 링크 신호 및 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송함에 따라 상기 제1 단말에서 상기 중첩 신호를 수신하는 단계;
    상기 제2 단말에서 상기 제1 단말로 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송함에 따라 상기 제1 단말에서 상기 제2 단말로부터 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제1 단말은 상기 기지국으로부터 수신한 상기 제2 단말의 하향 링크 신호와 상기 제2 단말로부터 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단말에서 상기 중첩 신호를 수신하는 단계는,
    상기 제1 단말은 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하는 단계; 및
    상기 제1 단말이 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 성공적으로 복호화하는 경우, 상기 기지국으로부터의 수신 신호에서 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 제거한 후 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하는 단계
    를 포함하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단말에서 상기 제2 단말로부터 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하는 단계는,
    상기 제1 단말에서 상기 제2 단말로부터 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신 후, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 복호화하는 단계
    를 포함하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단말은,
    수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하며, 상기 제2 단말은 상기 제2 단말의 상향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 최종적으로 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 수신하는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기지국은,
    수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하고, 상기 기지국은 상기 제2 단말의 하향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 복호화하는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 T 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어지며, 제
    Figure 112019056599839-pat00165
    의 시간 동안 상기 기지국에서 상기 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 상기 제1 단말의 하향 링크 신호 및 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송함에 따라 상기 제1 단말에서 상기 중첩 신호를 수신하고,
    Figure 112019056599839-pat00166
    의 시간 동안 상기 제2 단말에서 상기 제1 단말로 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송함에 따라 상기 제1 단말에서 상기 제2 단말로부터 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하며,
    Figure 112019056599839-pat00167
    의 시간 동안 상기 제1 단말은 상기 기지국으로부터 수신한 상기 제2 단말의 하향 링크 신호와 상기 제2 단말로부터 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 하며, 각 단계에 소요되는 시간의 합은 상기 타임 슬롯의 길이 T 시간을 초과하지 않는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법.
  7. 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 상기 제1 단말의 하향 링크 신호 및 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송하는 기지국;
    상기 제1 단말로 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송하는 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말; 및
    상기 기지국으로부터 수신한 상기 제2 단말의 하향 링크 신호 와 상기 제2 단말로부터 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 하는 제1 단말
    을 포함하고,
    상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 단말은,
    상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하고, 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 성공적으로 복호화하는 경우, 상기 기지국으로부터의 수신 신호에서 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 제거한 후 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 단말은,
    수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하며, 상기 제2 단말은 상기 제2 단말의 상향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 최종적으로 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 수신하는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기지국은,
    수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하고, 상기 기지국은 상기 제2 단말의 하향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 복호화하는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템.
  11. 기지국에서 상기 기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 상기 제1 단말의 하향 링크 신호 및 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송함에 따라 상기 제1 단말에서 상기 중첩 신호를 수신하고, 상기 제2 단말에서 상기 제1 단말로 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송함에 따라 상기 제1 단말에서 상기 제2 단말로부터 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 제1 단말에서 상기 기지국으로부터 수신한 상기 제2 단말의 하향 링크 신호와 상기 제2 단말로부터 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 하는 브로드캐스팅부
    를 포함하고,
    상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수신부는,
    상기 제1 단말은 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하고, 상기 제1 단말이 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 성공적으로 복호화하는 경우, 상기 기지국으로부터의 수신 신호에서 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 제거한 후 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 복호화하는 것
    을 특징으로 하는, 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 시스템.
  13. 기지국의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법에 있어서,
    기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말에게 상기 제1 단말의 하향 링크 신호 및 상기 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 제1 단말에서 상기 기지국으로부터 수신한 상기 제2 단말의 하향 링크 신호와 상기 제2 단말로부터 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하고, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 함에 따라, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 기지국의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하고, 상기 제2 단말의 하향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 수신하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 복호화하는 단계
    를 더 포함하는, 기지국의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법.
  15. 기지국과 직접적인 통신이 어려운 제2 단말의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법에 있어서,
    기지국과 직접적인 통신이 가능한 제1 단말로 제2 단말의 상향 링크 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 제1 단말에서 상기 기지국으로부터 제1 단말의 하향 링크 신호 및 제2 단말의 하향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 수신 후, 수신한 제2 단말의 하향 링크 신호와 상기 제2 단말로부터 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호를 이용하여 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호를 생성하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호 및 상기 제1 단말의 상향 링크 신호로 이루어진 중첩 신호를 상기 기지국과 상기 제2 단말에게 브로드캐스팅 함에 따라, 수신한 상기 제2 단말의 상향 링크 신호 및 하향 링크 신호 정보를 포함하는 신호에 대해 복호화하며, 상기 제2 단말의 상향 링크 신호에 대한 정보를 가지고 있어 최종적으로 상기 제2 단말의 하향 링크 신호를 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 단말 및 상기 제2 단말은 상기 기지국과 양방향 통신을 하고자 하며, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 양방향 통신은 타임 슬롯의 길이 시간 동안 총 3단계에 걸쳐 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 제2 단말의 3단계로 동작하는 비 직교 다중 접속 기반 양방향 협력 통신에서의 전력 및 시간 할당 방법.
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