KR102354470B1 - 협력 다중 접속 전력선 통신망의 af 모드의 릴레이 선택 시스템 및 방법 - Google Patents

협력 다중 접속 전력선 통신망의 af 모드의 릴레이 선택 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102354470B1
KR102354470B1 KR1020210096417A KR20210096417A KR102354470B1 KR 102354470 B1 KR102354470 B1 KR 102354470B1 KR 1020210096417 A KR1020210096417 A KR 1020210096417A KR 20210096417 A KR20210096417 A KR 20210096417A KR 102354470 B1 KR102354470 B1 KR 102354470B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
node
relay node
relay
communication network
probability
Prior art date
Application number
KR1020210096417A
Other languages
English (en)
Inventor
이경재
콰오 아히아도메이 로저
Original Assignee
한밭대학교 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 한밭대학교 산학협력단 filed Critical 한밭대학교 산학협력단
Application granted granted Critical
Publication of KR102354470B1 publication Critical patent/KR102354470B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details
    • H04B3/36—Repeater circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/02—Details
    • H04B3/46—Monitoring; Testing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/54—Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/58—Repeater circuits
    • H04J15/00—
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462—Systems for power line communications
    • H04B2203/5479—Systems for power line communications using repeaters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B2203/00—Indexing scheme relating to line transmission systems
    • H04B2203/54—Aspects of powerline communications not already covered by H04B3/54 and its subgroups
    • H04B2203/5462—Systems for power line communications
    • H04B2203/5495—Systems for power line communications having measurements and testing channel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

본 기술은 협력 다중 접속된 전력선 통신망의 릴레이 선택 시스템 및 방법이 개시된다. 구체적인 구현 예에 따르면 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 릴레이 노드의 수신신호에 대해, 달성 가능한 데이터 속도가 서비스 품질 기반으로 설정된 목표 속도보다 낮을 확률(OP)를 도출하고 도출된 확률(OP)에 대한 최소화 해로 최적 릴레이 노드를 선택함에 따라, 전력선 통신망의 관점에서 EMC 규정을 충족하는 높은 데이터 전송률, 높은 스펙트럼 효율성, 더 나은 공정성 및 낮은 전송 전력을 보장할 수 있고, 릴레이 노드 협력 다중 접속되어 높은 스펙트럼 효율로 작동할 수 있으며 신호 감쇠 및 잡음에 견고하다.

Description

협력 다중 접속 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 시스템 및 방법{REALY SEELCTING SYSTEM OF POWERLINE COMMUNICATION NETWORK BASED ON NOMA AND METHOD THEREOF}
본 발명은 협력 다중 접속된 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력선 통신망에서 전력 도메인의 협력적으로 다중 접속(NOMA: Non-0thogonal multiple access)된 다수의 릴레이 노드 중 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 선택할 수 있는 기술에 관한 것이다.
전력선 통신(PLC: Power-line Communication) 시스템은 스마트 그리드 및 IoT(Internet-of-things)은 단일 전력선(SISO)에서 다중 전력선(MIMO) 시스템으로 성장하였다. 또한, PLC 시스템은 시스템 성능을 향상시키기 위한 협력적 통신에서도 구현될 수 있다.
그러나, PLC 시스템은 전송 채널의 불량으로 인해 현재 데이터 전송 속도가 낮다. 즉, PLC 데이터 전송 채널은 임펄스 노이즈, 임피던스 불일치, 주파수 선택적 다중 경로 페이딩, 전자기 호환성(EMC) 요구사항, 고주파수 및 거리 신호 감쇠의 존재로 인해 저하된다.
여기서, 전송 신호 출력이 감소되고, 다중 경로 페이딩이 야기되는 임피던스의 불일치는 다중 경로 페이딩과 전원 케이블의 신호 전력 전송 손실을 야기하여 PLC 망의 신뢰성도가 저하된다. 이에 다른 주파수 사용자(예: 무선 시스템)에 대한 전자파 간섭(EMI)을 최소화하고 전자기 호환성(EMC) 규정을 충족하기 위해 PLC 네트워크의 전송 능력이 제한된다.
그러나 전송 전력이 낮으면 PLC 망의 목적지 노드에서 신호 대 잡음비(SNR)가 낮아지고 이에 PLC 채널, 노이즈 및 신호 전파와 관련된 병목현상은 전력선 통신 시스템의 강력한 성능을 위해 개선될 필요가 있다.
한편, 협력 다중 접속(NOMA: Non-Othogonal multiple access)에서는 여러 목적지 노드에게 동일한 시간에, 주파수 및 공간 자원을 사용하여 동시에 제공된다. 전력 도메인 NOMA의 경우, 전력선 소스 노드 S는 사용자 데이터가 전력 레벨이 다르게 멀티플렉싱되는 위치 코딩(SC)을 사용하고, 목적지 노드는 전력선 소스 노드 S의 전송 신호의 전력 차이를 통해 연속 간섭 무효화(SIC)를 사용하여 원하는 데이터를 복구할 수 있다. SIC에서 목적지 노드의 수신 신호는 채널 이득에 따라 디코딩 순서가 정해진다. 즉, 디코딩 프로세스는 연속적으로 수행되고, 이에 목적지 노드가 원하는 데이터를 얻을 때까지 수신된 데이터를 연속 디코딩되며, 따라서, 복합된 수신 데이터에서 전력선 소스 노드의 전송 신호는 획득된다.
이에 본 출원인은 적어도 하나의 AF(Amplify-and-Forward) 모드로 동작하는 적어도 하나의 릴레이 노드가 협력 다중 접속(NOMA)된 전력선 통신 시스템에서 신호대 잡음비가 최소인 최적 릴레이 노드를 선택함에 따라, 높은 데이터 전송률, 높은 스펙트럼 효율성, 더 나은 공정성 및 낮은 전송 전력을 보장할 수 있고, 높은 스펙트럼 효율로 작동할 수 있으며, 신호 감쇠 및 잡음에 견고한 방안을 제안하고자 한다.
한국등록특허 제1287291호(2013.07.11.)
본 발명의 목적은 적어도 하나의 AF 모드로 동작하는 적어도 하나의 릴레이 노드가 협력 다중 접속(NOMA)된 전력선 통신 시스템에서 신호대 잡음비가 최소인 최적 릴레이 노드를 선택함에 따라, 전자기 호환성(EMC)의 요구 사항(규정)을 충족하는 높은 데이터 전송률, 높은 스펙트럼 효율성, 더 나은 공정성 및 낮은 전송 전력을 보장할 수 있고, 협력 릴레이 노드가 다중 결합하여 높은 스펙트럼 효율로 작동할 수 있으며 신호 감쇠 및 잡음에 견고한 협력 다중 접속된 전력선 통신망의 릴레이 선택 시스템 및 방법을 제공하고자 함에 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 하나의 양태에 의거한 일 실시예의 협력 다중 접속된 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 시스템은 소스 노드와 적어도 하나의 목적지 노드 사이에 적어도 하나의 릴레이 노드가 위치한 전력선 통신망에서, 중첩 코딩으로 서로 다른 전력량을 사용하여 사용자 데이터를 멀티플렉싱하여 중첩된 데이터를 전송하는 소스 노드; 상기 소스 노드의 전송 신호를 전달받아 증폭하여 AF모드를 수행하여 목적지 로드로 전달하는 릴레이 노드; 상기 사용자 데이터를 복구하는 목적지 노드; 및 협력 다중 접속(NOMA: Non-0thogonal multiple access)된 릴레이 노드의 데이터 전송 속도가 목표 속도보다 낮을 확률을 토대로 적어도 하나의 릴레이 노드 중 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 선택하고 선택된 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 통해 증폭된 전력선 소스 노드의 전송 신호를 목적지 노드로 전달하는 제어부를 포함한다.
바람직하게 상기 제어부는 상기 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 수신신호에 대해, 달성 가능한 데이터 속도가 서비스 품질 기반으로 설정된 목표 속도보다 낮을 확률 OP(Outage Probability)를 도출하는 도출수단 및 상기 확률(OP)에 대한 최소화 해로 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 선택하도록 하는 선택수단을 포함한다.
또한 제어부는 각 소스 노드와 릴레이 노드에서의 통신신호에 대한 신호대 잡음비와 각 사용자의 목표 데이터 전송률을 이용하고, 이를 최소화 연산자를 적용하여 목적지 노드와 협력 다중 접속된 릴레이 노드 간의 정전 확률(OP)을 도출한다.
또한 제어부는 중첩된 전송 신호를 기 정해진 증폭 계수에 의거 증폭한 다음 두번째 슬롯에서 증폭 전송 신호를 목적지 노드 N, F로 전달하기 위해 최적의 릴레이 노드를 선택하며, 상기 목적지 노드 N, F는 데이터를 복구하고 원하는 데이터를 감지하기 위해 연속 간섭 무효화(SIC)를 사용하여 원하는 데이터를 복구한다.
다른 실시 양태에 의거, 협력 다중 접속된 전력선 통신망의 릴레이 선택 방법은 소스 노드와 적어도 하나의 목적지 노드 사이에 적어도 하나의 릴레이 노드가 위치한 전력선 통신망의 제어부에서, 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 릴레이 노드의 수신신호에 대해, 달성 가능한 데이터 전송 속도가 서비스 품질 기반의 목표 속도보다 낮을 확률(OP)를 도출하는 단계; 및 상기 확률(OP)에 대한 최소화 해로 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 선택하는 단계를 포함하는 것을 일 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 릴레이 노드의 수신신호에 대해, 달성 가능한 데이터 속도가 서비스 품질 기반으로 설정된 목표 속도보다 낮을 확률(OP)를 도출하고 도출된 확률(OP)에 대한 최소화 해로 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 선택함에 따라, 전력선 통신망의 관점에서 EMC 규정을 충족하는 높은 데이터 전송률, 높은 스펙트럼 효율성, 더 나은 공정성 및 낮은 전송 전력을 보장할 수 있고, 릴레이 노드 협력 다중 접속되어 높은 스펙트럼 효율로 작동할 수 있으며 신호 감쇠 및 잡음에 견고하다.
도 1은 일 실시예의 전력선 통신 시스템의 구성을 보인 도이다.
도 2 및 도 3은 일 실시예의 시스템의 각 목적지 노드 별 OP 비교도이다.
도 4는 일 실시예에 의거 시스템의 데이터 속도를 보인 비교도이다.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 설명을 생략하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 협력 다중 접속 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 시스템은 소스 노드와 적어도 하나의 목적지 노드 사이에 적어도 하나의 릴레이 노드가 위치한 전력선 통신망에서, 중첩 코딩으로 서로 다른 전력량을 사용하여 사용자 데이터를 멀티플렉싱하여 중첩된 데이터를 전송하는 소스 노드; 상기 소스 노드의 전송 신호를 전달받아 증폭하여 AF모드를 수행하여 목적지 로드로 전달하는 릴레이 노드; 상기 사용자 데이터를 복구하는 목적지 노드; 및 협력 다중 접속(NOMA: Non-0thogonal multiple access)된 릴레이 노드의 데이터 전송 속도가 목표 속도보다 낮을 확률을 토대로 적어도 하나의 릴레이 노드 중 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 선택하고 선택된 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 통해 증폭된 전력선 소스 노드의 전송 신호를 목적지 노드로 전달하는 제어부;를 포함한다.
제어부는 상기 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 수신신호에 대해, 달성 가능한 데이터 속도가 서비스 품질 기반으로 설정된 목표 속도보다 낮을 확률 OP(Outage Probability)를 도출하는 도출수단 및 상기 확률(OP)에 대한 최소화 해로 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 선택하도록 하는 선택수단을 포함한다.
이러한 제어부는 제어부는 각 소스 노드와 릴레이 노드에서의 통신신호에 대한 신호대 잡음비와 각 사용자의 목표 데이터 전송률을 이용하고, 이를 최소화 연산자를 적용하여 목적지 노드와 협력 다중 접속된 릴레이 노드 간의 정전 확률(OP)을 도출한다. 본 실시예에 따른 제어부는 중첩된 전송 신호를 기 정해진 증폭 계수에 의거 증폭한 다음 두번째 슬롯에서 증폭 전송 신호를 목적지 노드 N, F로 전달하기 위해 최적의 릴레이 노드를 선택하며, 상기 목적지 노드 N, F는 데이터를 복구하고 원하는 데이터를 감지하기 위해 연속 간섭 무효화(SIC)를 사용하여 원하는 데이터를 복구한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 일 실시 예의 전력선 통신망에서 협력 다중 접속에 기초한 릴레이 선택 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예의 협력 다중 접속된 전력선 통신 시스템의 구성을 보인 도이고, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 협력 다중 접속(NOMA)된 전력선 통신 시스템, 기존의 시분할 다중 접속(TDMA)된 전력선 통신 시스템, 및 기존의 협력 다중 접속 통신망 각각에 대한 목적지 노드 별 OP 비교 그래프이고, 도 4는 도 1에 도시된 협력 다중 접속(NOMA)된 전력선 통신 시스템, 기존의 시분할 다중 접속(TDMA)된 전력선 통신 시스템, 및 기존의 협력 다중 접속 통신망 각각에 대한 시스템의 처리 성능을 비교한 그래프이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 협력 다중 접속(NOMA)된 전력선 통신 시스템은 전력선 소스 노드 S, 및 적어도 하나의 릴레이 노드 R1 ~ RN, 및 적어도 하나의 목적지 노드 N, F를 포함할 수 있다.
협력 다중 접속(NOMA)된 전력선 통신 시스템은 바람직한 실시예일 뿐, 필요에 따라 일부 구성 요소가 추가되거나 삭제될 수 있음은 물론이다. 또한, 도 1에 도시된 협력 다중 접속(NOMA)된 전력선 통신 시스템 각각의 구성 요소들은 기능적으로 구분되는 기능 요소들을 나타낸 것으로서, 복수의 구성 요소가 실제 물리적 환경에서는 서로 통합되는 형태로 구현될 수도 있음에 유의한다.
여기서, 전력선 소스 노드 S, 및 적어도 하나의 릴레이 노드 R1 ~ RN , 및 적어도 하나의 목적지 노드 N, F 간의 상호 통신하는 네트워크를 고려하면, 각 노드는 PLC 시스템으로 구성되고, 각 릴레이 노드 R1 ~ RN 는 AF(증폭) 중계 모드에서 동작된다고 가정한다.
그리고 전력선 소스 노드 S는 2개의 시간 슬롯으로 전송되는 NOMA 프로토콜을 적용한다. 여기서 전력선 소스 노드 S는 중첩 코딩 시 서로 다른 전력량을 사용하여 두 목적지 노드 N, F를 멀티플렉싱한다.
즉, 목적지 노드 F는 목적지 노드 N 보다 더 멀리 떨어져 있기 때문에 목적지 노드 F로 목적지 노드 N 보다 더 많은 전력이 할당된다. 이때 두 목적지 노드 N, F 간의 전력 a1, a2 각각에 대해 전력 분배는 a1>a2 와 a1+a2=1 를 만족한다.
그리고, 전력선 소스 노드 S는 불연속 및 연결된 부하에 의해 발생하는 불규칙적인 효과를 고려한 로그 정규 페이딩에 의해 모델링된다. 모든 PLC 채널 h에 대한 확률 밀도 함수(PDF), 누적분포함수(CDF), 보완누적분포함수(CCDF)는 각각 다음 식 1 내지 3으로 나타낼 수 있다.
[식 1]
Figure 112021084853106-pat00001
[식 2]
Figure 112021084853106-pat00002
[식 3]
Figure 112021084853106-pat00003
여기서,
Figure 112021084853106-pat00004
와
Figure 112021084853106-pat00005
는 평균과
Figure 112021084853106-pat00006
의 분산이고
Figure 112021084853106-pat00007
은 스케일링 상수이며
Figure 112021084853106-pat00008
은 가우시안
Figure 112021084853106-pat00009
함수이다.
그리고, 릴레이 노드와 목적지 노드와 노드와 작동 주파수 사이의 거리에 있어 전력선 소스 노드의 전송신호에 대한 감쇄는 Zimmerman-Dostert 모델로부터 특정할 수 있고, 이러한 전력선 소스 노드의 전송신호의 감쇠는 다음 식 4로 표현될 수 있다.
[식 4]
Figure 112021084853106-pat00010
Figure 112021084853106-pat00011
여기서,
Figure 112021084853106-pat00012
,
Figure 112021084853106-pat00013
, 그리고
Figure 112021084853106-pat00014
는 각각 거리 (in m), 주파수 (in MHz), 그리고 감쇠계수의 지수이다.
Figure 112021084853106-pat00015
, 와
Figure 112021084853106-pat00016
은 각각 실험 데이터에서 얻은 감쇠 상수들이다.
또한 전력선 소스 노드 S의 잡음은 비가우스적이며, Bernouli-Gaussian 랜덤 프로세스를 사용하여 모델링되고, 주변 잡음과 임펄스 소음의 합이다. 모든 PLC 노드의 총 잡음는 다음 식 5로 추론될 수 있다.
[식 5]
Figure 112021084853106-pat00017
여기서
Figure 112021084853106-pat00018
는 임펄스 노이즈 확률이고 분산
Figure 112021084853106-pat00019
와
Figure 112021084853106-pat00020
은 각각 주변 잡음의 전력과 주변 임펄스 잡음의 전력이다.
일 실시예의 협력 다중 접속된 전력선 통신 시스템은 전력선 소스 노드 S의 전송 신호를 전달받은 각 릴레이 노드 R1 ~ RN는 증폭하여 전달하는 AF 모드를 수행한다. 일 예를 들면, 릴레이 노드 R1 ~ RN는 중첩된 전송 신호를 기 정해진 증폭 계수에 의거 증폭한 다음 두번째 슬롯에서 증폭 전송 신호를 목적지 노드 N, F로 전달하기 위해 최적의 릴레이 노드를 선택하는 제어부(100)를 포함한다.
이하 제어부(100)에서 수행되는 최적 릴레이 노드 선택 과정에 대해 설명한다.
전력선 소스 노드 S가 고정된 데이터 전송 속도로 QoS(서비스 품질) 행렬을 전송할 때 통신 시스템의 달성 가능한 데이터 속도가 QoS 기반 목표 속도보다 낮을 확률인 OP(Outage probability)를 도출한다. OP를 이용하여 전력선 통신 시스템의 성능이 결정된다. 일 례로 전력선 통신 시스템의 가동 중단 상태일 때는 신뢰할 수 있는 통신이 보장되지 아니하고, OP의 닫힌 형태의 추정에 근거하여 목적지 노드
Figure 112021084853106-pat00021
,
Figure 112021084853106-pat00022
의 OP에 대한 최소화 해로 최적의 릴레이가 선택된다.
즉, 닫힌 상태라 함은 목적지 노드와 협력 다중 접속된 릴레이 노드 간의 정전 확률(OP)는 각각 다음 식 6 및 식 7과 같이 닫힌 형태로 나타낼 수 있다.
[식 6]
Figure 112021084853106-pat00023
Figure 112021084853106-pat00024
[식 7]
Figure 112021084853106-pat00025
여기서,
Figure 112021084853106-pat00026
이고,
Figure 112021084853106-pat00027
이다.
즉, 여기서
Figure 112021084853106-pat00028
와
Figure 112021084853106-pat00029
각각 소스 노드와 릴레이 노드에서의 통신 신호에 대한 신호대 잡음비(SNR)이고,
Figure 112021084853106-pat00030
과
Figure 112021084853106-pat00031
은 각각 사용자
Figure 112021084853106-pat00032
와 사용자
Figure 112021084853106-pat00033
의 목표 데이터 전송률이며,
Figure 112021084853106-pat00034
은 최소화 연산자이다.
이에 제어부(100)는 목적지 노드 N, F 와 협력 다중 접속된 릴레이 노드 R1 ~ RN 간의 정전 확률(OP)의 최소화 해를 토대로 전력선 소스 노드 S의 전송신호와 증폭된 전송신호를 포함하는 데이터를 목적지 노드 N, F로 전달하기 위한 최적 릴레이 노드를 선택하고 선택된 최적 릴레이 노드로 데이터를 전달한다.
상기 목적지 노드 N, F는 수신된 데이터를 복구한다. 목적지 노드 N, F는 더 많은 전력이 할당되기 때문에 데이터를 직접 복구한다. 먼저 목적지 노드 N, F는 데이터를 복구하고 원하는 데이터를 감지하기 위해 연속 간섭 무효화(SIC)를 사용하여 원하는 데이터를 복구할 수 있다.
이때 협력 다중 접속된 적어도 하나의 릴레이 노드를 포함하는 전력선 통신 시스템에서 전술한 OP를 이용하여 시스템의 처리량을 추정할 수 있다. 이때 상기 시스템의 처리량 τ을 다음 식 7으로 표현될 수 있다.
[식 7]
Figure 112021084853106-pat00035
도 2 및 도 3은 협력 다중 접속된 AF 릴레이 노드를 가지는 전력선 통신 시스템의 OP를 보인 도면으로서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 협력 다중 접속(AF NOMA)된 전력선 통신 시스템, 시분할 다중 접속(TDMA)된 전력선 통신 시스템, 및 다중 접속(NOMA)된 전력선 통신 시스템 각각에 대한 OP에 대해 협력 다중 접속(AF NOMA)된 전력선 통신 시스템(AF NOMA 통신망)으로 약칭함)는 TDMA 시스템 및 Direct NOMA 시스템에 비해 닫힌 형태의 성능이 매우 좋다는 것을 알 수 있다. 즉, AF NOMA 전력 통신 시스템은 TDMA 통신 시스템 및 Direct NOMA 전력통신 시스템에 비해 더 나은 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있다. 일 례로, AF NOMA 통신망은 양호한 채널(dB)과 불량한 채널(dB) 환경에 대해 각각 낮은 OP를 얻을 수 있다.
또한 제안된 AF NOMA 통신망은 주어진 OP 값을 만족시키기 위해 더 적은 전력을 필요로 한다. 일 례로, OP 값의 경우 AF NOMA 시스템은 24dB만 필요한 반면 TDMA와 Direct NOMA 시스템은 각각 27dB와 34dB를 필요로 한다.
한편, 서비스 품질(QoS) 데이터는 낮은 전송 전력으로 보장될 수 있기 때문에 AF NOMA 전력 통신 시스템은 인접한 주파수 전자파 간섭 EMI가 더 적고, 전자기 호환성(EMC)의 요구사항을 충족할 수 있다.
도 4는 협력적 AF NOMA 전력선 통신 시스템, TDMA 통신 시스템, 및 Direct NOMA 전력선 통신 시스템 각각에 대한 처리 성능을 보인 도면으로서, 도 4를 참조하면, AF NOMA 전력선 통신 시스템의 처리량은 임펄스 노이즈의 가능성이 증가되면 저하된다. 즉, 협력적 AF NOMA 전력선 통신 시스템은 임펄스 노이즈 확률 값에 대한 기존의 TDMA 또는 Direct NOMA 전력선 통신 시스템의 각 성능 보다 우수하다는 것을 알 수 있다.
또한 협력적 AF NOMA 전력선 통신 시스템은 설정된 목표 데이터 전송 속도에 대해 낮은 전송 전력으로 전자기 호환성(EMC) 문제를 완화할 수 있다.
이에 일 실시예의 의거한 AF 모드를 수행하는 다수의 릴레이 노드가 협력적 다중 접속된 전력선 통신 시스템(이하 협력적 AF NOMA 전력선 통신 시스템)은 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 각 릴레이 노드의 수신신호에 대해, 달성 가능한 데이터 속도가 서비스 품질 기반으로 설정된 목표 속도보다 낮을 확률(OP)를 도출하고 도출된 확률(OP)에 대한 최소화 해로 최적 릴레이 노드를 선택함에 따라, 전력선 통신망의 관점에서 전자기 호환성(EMC) 요구사항이 기재된 규정을 충족하는 높은 데이터 전송률, 높은 스펙트럼 효율성, 더 나은 공정성 및 낮은 전송 전력을 보장할 수 있고, AF 모드 동작하는 릴레이 노드가 협력 다중 접속되어 높은 스펙트럼 효율로 작동할 수 있으며 신호 감쇠 및 잡음에 견고하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 협력 다중 접속 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 방법은 소스 노드와 적어도 하나의 목적지 노드 사이에 적어도 하나의 릴레이 노드가 위치한 전력선 통신망의 제어부에서, 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 릴레이 노드의 수신신호에 대해, 달성 가능한 데이터 전송 속도가 서비스 품질 기반의 목표 속도보다 낮을 확률(OP)을 도출하는 단계; 및 상기 확률(OP)에 대한 최소화 해로 AF 모드의 최적 릴레이 노드를 선택하는 단계;를 포함하며, 상기의 협력 다중 접속 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 방법의 각 단계는 전술한 협력적 다중 접속된 릴레이 노드의 제어부에서 수행되는 기능으로 자세한 원용은 생략한다.
다른 실시 태양으로, 협력적 AF NOMA 전력선 통신 시스템의 릴레이 선택 방법은 각 릴레이 노드에서 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 릴레이 노드의 수신신호에 대해, 달성 가능한 데이터 전송 속도가 서비스 품질 기반의 목표 속도보다 낮을 확률(OP)를 도출하는 단계; 및 상기 확률(OP)에 대한 최소화 해로 최적 릴레이 노드를 선택하는 단계를 포함하며, 상기의 협력적 AF NOMA 전력선 통신 방법의 각 단계는 전술한 협력적 다중 접속된 릴레이 노드의 제어부에서 수행되는 기능으로 자세한 원용은 생략한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (5)

  1. 소스 노드와 적어도 하나의 목적지 노드 사이에 적어도 하나의 릴레이 노드가 위치한 전력선 통신망에서,
    중첩 코딩으로 서로 다른 전력량을 사용하여 사용자 데이터를 멀티플렉싱하여 중첩된 데이터를 전송하는 소스 노드;
    상기 소스 노드의 전송 신호를 전달받아 증폭하여 AF모드를 수행하여 목적지 로드로 전달하는 릴레이 노드;
    상기 사용자 데이터를 복구하는 목적지 노드; 및
    협력 다중 접속(NOMA: Non-0thogonal multiple access)된 릴레이 노드의 데이터 전송 속도가 목표 속도보다 낮을 확률을 토대로 적어도 하나의 릴레이 노드 중 AF 모드의 릴레이 노드를 선택하고 선택된 AF 모드의 릴레이 노드를 통해 증폭된 전력선 소스 노드의 전송 신호를 목적지 노드로 전달하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 협력 다중 접속 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 수신신호에 대해,
    달성 가능한 데이터 속도가 서비스 품질 기반으로 설정된 목표 속도보다 낮을 확률 OP(Outage Probability)를 도출하는 도출수단 및
    상기 확률(OP)에 대한 최소화 해로 AF 모드의 릴레이 노드를 선택하도록 하는 선택수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 협력 다중 접속 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 각 소스 노드와 릴레이 노드에서의 통신신호에 대한 신호대 잡음비와 각 사용자의 목표 데이터 전송률을 이용하고, 이를 최소화 연산자를 적용하여 목적지 노드와 협력 다중 접속된 릴레이 노드 간의 정전 확률(OP)을 도출하는 것을 특징으로 하는 협력 다중 접속 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 중첩된 전송 신호를 기 정해진 증폭 계수에 의거 증폭한 다음 두번째 슬롯에서 증폭 전송 신호를 목적지 노드 N, F로 전달하기 위해 릴레이 노드를 선택하며,
    상기 목적지 노드 N, F는 데이터를 복구하고 원하는 데이터를 감지하기 위해 연속 간섭 무효화(SIC)를 사용하여 원하는 데이터를 복구하는 것을 특징으로 하는 협력 다중 접속 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 시스템.
  5. 소스 노드와 적어도 하나의 목적지 노드 사이에 적어도 하나의 릴레이 노드가 위치한 전력선 통신망의 제어부에서, 전력선 통신망의 채널, 노드와 작동 주파수 간의 거리에 따른 신호 감쇄, 및 백색 잡음으로 도출된 릴레이 노드의 수신신호에 대해, 달성 가능한 데이터 전송 속도가 서비스 품질 기반의 목표 속도보다 낮을 확률(OP)을 도출하는 단계; 및
    상기 확률(OP)에 대한 최소화 해로 AF 모드의 릴레이 노드를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 협력 다중 접속 전력선 통신망의 AF 모드의 릴레이 선택 방법.
KR1020210096417A 2020-07-24 2021-07-22 협력 다중 접속 전력선 통신망의 af 모드의 릴레이 선택 시스템 및 방법 KR102354470B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200092487 2020-07-24
KR20200092487 2020-07-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102354470B1 true KR102354470B1 (ko) 2022-01-24

Family

ID=80049706

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210096417A KR102354470B1 (ko) 2020-07-24 2021-07-22 협력 다중 접속 전력선 통신망의 af 모드의 릴레이 선택 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102354470B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101287291B1 (ko) 2012-02-09 2013-07-17 서울대학교산학협력단 유선 통신 시스템용 다중 홉 릴레이 협력 통신 방법
KR101460732B1 (ko) * 2013-12-19 2014-11-12 국민대학교산학협력단 다수의 간섭자가 있는 복호 후 전달 협력통신 시스템에서 최적의 중계노드 선택방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101287291B1 (ko) 2012-02-09 2013-07-17 서울대학교산학협력단 유선 통신 시스템용 다중 홉 릴레이 협력 통신 방법
KR101460732B1 (ko) * 2013-12-19 2014-11-12 국민대학교산학협력단 다수의 간섭자가 있는 복호 후 전달 협력통신 시스템에서 최적의 중계노드 선택방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Razlighi et al. Buffer-aided relaying for the two-hop full-duplex relay channel with self-interference
EP1958345B1 (en) Scheduling in a wireless multi-hop relay network
CN108667584B (zh) 非正交多址接入协作网络的用户吞吐量公平链路选择方法
JP4185127B2 (ja) 無線通信制御装置および無線通信制御方法
Wang et al. Optimally joint subcarrier matching and power allocation in OFDM multihop system
CN109743768B (zh) 基于非正交多址接入技术的双向中继通信方案
Tan et al. Relay transmission protocols for in-door powerline communications networks
Nomikos et al. Power adaptation in buffer-aided full-duplex relay networks with statistical CSI
KR20080054089A (ko) 통신 시스템에서 적응적 릴레이 방법
CN106572542B (zh) 机会同频全双工/双向中继的时间/功率资源分配方法
KR102475217B1 (ko) 협력 다중 접속된 전력선 통신망의 df 모드의 릴레이 선택 시스템 및 방법
Ikki et al. Performance analysis of incremental-best-relay amplify-and-forward technique
KR102354470B1 (ko) 협력 다중 접속 전력선 통신망의 af 모드의 릴레이 선택 시스템 및 방법
Ikki et al. Performance analysis of adaptive L-QAM for opportunistic decode-and-forward relaying
Phan et al. Buffer-aided full-duplex relaying with residual self-interference and statistical delay provisioning
Ikki et al. Error probability analysis of two-way amplify-and-forward relaying in the presence of imperfect channel estimations
Celik et al. Adaptive relay selection method for asynchronous amplify and forward cooperative communications
Igboamalu et al. PLC-RF diversity: channel outage analysis
KR102459593B1 (ko) 전력선 통신망의 양방향 릴레이 시스템 및 방법
Park et al. Power allocation for multi-hop transmission using unsaturated full-duplex relay network model
KR102340055B1 (ko) 협력 다중 접속 전력선 통신망의 양방향 릴레이 시스템 및 방법
CN111314920A (zh) 一种非可信中继网络系统及其安全传输方法
Al Sukkar et al. Best relay selection in a multi-relay nodes system under the concept of cognitive radio
CN115361050B (zh) 一种基于noma和swipt的星地通信方法及系统
Kravchuk et al. " Best" relay selection algorithm for wireless networks with cooperative relaying

Legal Events

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