KR20070096445A - 통신 시스템에서 신호 릴레이 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통신 시스템의 소스 노드에서, 소스 노드와 목적지 노드간 링크와, 상기 소스 노드와 릴레이 노드간 링크와, 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드간 링크 각각의 데이터 레이트를 고려하여 송신 모드들인 직접 모드와, 멀티홉 모드와, 중첩 모드들 중 어느 한 모드를 상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 적용할 송신 모드로 결정함으로써 전체 통신 시스템의 데이터 레이트, 즉 처리량을 증가시킨다.

중첩 모드, 직접 모드, 멀티홉 모드, AMC 방식, 중첩 부호화 방식, 최적 데이터 레이트

Description

통신 시스템에서 신호 릴레이 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR RELAYING SIGNAL IN A COMMUNICATION SYSTEM}

도 1은 일반적인 통신 시스템에서의 신호 릴레이 시스템 구조를 도시한 도면

도 2는 일반적인 불균형 QPSK 방식(BPSK 방식에 중첩된 BPSK 방식)의 심벌 성상도를 도시한 도면

도 3은 비균일 32QAM 성상도를 획득하기 위해 8PSK 성상도가 QPSK 성상도로 중첩되는 경우를 도시한 도면

도 4a-도4b는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 소스 노드 S에서 신호 릴레이 과정을 도시한 순서도

본 발명은 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 통신 시스템에서 처리량(throughput)을 증가시키기 위한 신호 릴레이 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 통신 시스템에서의 신호 릴레이 시스템 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 상기 신호 릴레이 시스템은 소스 노드(source node) S와, 목적지 노드(destination node) D 및 릴레이 노드(relay node) R을 포함한다. 상기 소스 노드 S는 상기 목적지 노드 D로 신호를 송신하며, 상기 릴레이 노드 R은 상기 소스 노드 S에서 상기 목적지 노드 D로의 신호 송신을 위한 릴레이 동작을 수행한다.

한편, 무선 송신 매체의 특성으로 인해 상기 소스 노드 S에서 송신한 신호는 상기 릴레이 노드 R과 목적지 노드 D 모두에서 수신할 수도 있다. 그런데, 상기 소스 노드 S와 릴레이 노드 R간의 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다)

은 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 SNR

보다 클 수 있으며, 이는 상기 소스 노드 S에서 릴레이 노드 R로의 신호 송신이 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로의 신호 송신보다 그 처리량 측면에서 우수하다는 것을 나타낸다. 특히, 상기 소스 노드 S에서 송신한 신호가 상기 릴레이 노드 R에서는 안정적으로 수신되지만, 상기 목적지 노드 D에서는 전혀 수신되지 않는 경우가 발생될 수 있으며, 이 경우 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로의 신호 송신은 아예 불가능하므로 상기 소스 노드 S에서 릴레이 노드 R로의 신호 송신이 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로의 신호 송신보다 그 처리량 측면에서 우수함은 물론이다.

일반적으로 멀티 홉(multi-hop)의 경우에 상기 소스 노드 S에서 송신한 신호가 릴레이 노드 R에는 안정적으로는 수신되지만, 목적지 노드 D에서는 전혀 수신되지 않는다. 상기 멀티 홉의 경우에서는 상기 릴레이 노드 R은 상기 소스 노드 S에 서 상기 릴레이 노드 R로 수신되는 모든 신호를 상기 목적지 노드 D로 그대로 송신해야만 한다. 이렇게, 상기 통신 시스템의 처리량을 증가시키기 위해서는 상기 소스 노드 S와 릴레이 노드 R간의 신호 송신을 효율적으로 수행함과 동시에, 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 처리량을 증가시키는 것이 중요하게 작용하다. 따라서, 상기 통신 시스템의 처리량을 증가시키기 위한 신호 릴레이 방안에 대한 필요성이 대두되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 통신 시스템에서 처리량을 증가시키기 위한 신호 릴레이 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템은; 통신 시스템의 신호 릴레이 시스템에 있어서, 소스 노드와, 목적지 노드와, 릴레이 노드를 포함하며, 상기 소스 노드는; 소스 노드와 상기 목적지 노드간 링크인 제1링크와, 상기 소스 노드와 상기 릴레이 노드간 링크인 제2링크와, 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드간 링크인 제3링크 각각에서 데이터 레이트를 최대화시키기 위해 사용되어야만 하는 적응적 변조 및 부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding) 모드의 데이터 레이트를 계산하고, 상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 멀티홉 모드를 사용할 경우의 데이터 레이트인 제1데이터 레이트를 계산하고, 상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드들이 직접 모드와 상기 멀티 홉 모드일 경우의 최적 데이터 레이트인 제1최적 데이터 레이트를 계산하고, 상기 제1 링크에 사용할 AMC 모드를 결정하고, 상기 결정한 AMC 모드를 사용할 경우 상기 제1링크의 데이터 레이트인 제2데이터 레이트를 결정하고, 상기 소스 노드에서 목적지 노드로 송신되는 신호가 기본 메시지와 중첩된 메시지를 포함할 경우, 상기 기본 메시지가 복호된 후 중첩된 메시지를 복호하기 위해 필요한 유효 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)를 계산하고, 상기 중첩된 메시지가 신뢰성있게 송신되는 데이터 레이트인 제3데이터 레이트를 결정하고, 상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드가 중첩 모드일 경우의 최적 데이터 레이트인 제2최적 데이터 레이트를 계산하고, 상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과하는지 검사하고, 상기 검사 결과 상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과할 경우 상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 중첩 모드를 사용하기로 결정함을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은; 통신 시스템의 소스 노드에서 신호 릴레이 방법에 있어서, 소스 노드와 목적지 노드간 링크인 제1링크와, 상기 소스 노드와 릴레이 노드간 링크인 제2링크와, 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드간 링크인 제3링크 각각에서 데이터 레이트를 최대화시키기 위해 사용되어야만 하는 적응적 변조 및 부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding) 모드의 데이터 레이트를 계산하는 과정과, 상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 멀티홉 모드를 사용할 경우의 데이터 레이트인 제1데이터 레이트를 계산하는 과정과, 상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드들이 직접 모드와 상기 멀티 홉 모드일 경우의 최적 데이터 레이트인 제1최적 데이터 레이트를 계산 하는 과정과, 상기 제1링크에 사용할 AMC 모드를 결정하고, 상기 결정한 AMC 모드를 사용할 경우 상기 제1링크의 데이터 레이트인 제2데이터 레이트를 결정하는 과정과, 상기 소스 노드에서 목적지 노드로 송신되는 신호가 기본 메시지와 중첩된 메시지를 포함할 경우, 상기 기본 메시지가 복호된 후 중첩된 메시지를 복호하기 위해 필요한 유효 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)를 계산하는 과정과, 상기 중첩된 메시지가 신뢰성있게 송신되는 데이터 레이트인 제3데이터 레이트를 결정하는 과정과, 상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드가 중첩 모드일 경우의 최적 데이터 레이트인 제2최적 데이터 레이트를 계산하는 과정과, 상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과하는지 검사하는 과정과, 상기 검사 결과 상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과할 경우 상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 중첩 모드를 사용하기로 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

본 발명은 통신 시스템에서 처리량(throughput)을 증가시키기 위한 신호 릴레이 시스템 및 방법을 제안한다. 또한, 본 발명에서 별도로 도시하여 설명하지는 않지만 본 발명의 종래 기술 부분의 도 1에서 설명한 바와 같은 통신 시스템의 구성에 본 발명에서 제안하는 신호 릴레이 방식을 적용할 수 있음은 물론이다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 중첩 부호화(superposition coding) 방식과 적응적 변조 및 부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding, 이하 'AMC'라 칭하기로 한다) 방식에 대해서 설명하기로 한다.

(1) 중첩 부호화 방식

상기 중첩 부호화 방식은 최근 무선 통신 시스템과 관련되어 많은 주목을 받고 있는 방식으로서, 일종의 불균등 에러 보호(UEP: Unequal Error Protection, 이하 'UEP'라 칭하기로 한다) 방식이다. 상기 UEP 방식은 서로 다른 신호들, 일 예로 서로 다른 데이터 비트들을 변조 방식 및 부호화 방식을 사용하여 서로 다르게 보호하는 방식을 나타낸다. 상기 UEP 방식을 사용하여 신호를 송신하는 대표적인 경우는 그 송신할 신호가 기본 멀티미디어 컨텐츠(basic multimedia contents)와 상기 기본 멀티미디어 컨텐츠의 상세 정보를 포함하는 멀티미디어 정보(multimedia information)를 포함하는 경우와 같이 그 송신할 신호가 기본 메시지(basic message)와 중첩된 메시지(superposed message)로 표현 가능한 경우이다. 여기서, 상기 중첩된 메시지는 상기 기본 메시지에 비해 그 손실 레이트(loss rate) 측면에서 더 강인하다.

일 예로, (b1, b2, .... , b10)의 10비트들을 포함하는 패킷(packet)이 존재한다고 가정하기로 하며, 상기 10비트들중 (b1, b2, .... , b5)의 5비트들이 (b6, b7, .... , b10)의 5비트들보다 더 보호되어야만 하는 비트들이라고 가정하기로 한 다. 상기 (b1, b2, .... , b10)을 송신하기 위해서는 5개의 비균일(non-uniform) QPSK(Quadrature Phase Shift Keying) 변조 심벌들을 사용해야만 하는데, 이를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 도 2는 일반적인 불균형(asymmetric) QPSK 방식(BPSK(Binary Phase Shift Keying)) 방식에 중첩된 BPSK 방식)의 심벌 성상도(symbol constellation)를 도시한 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 먼저 제1변조 심벌을 생성하기 위해서 비트 b1을 I 컴퍼넌트(component)로 매핑시키고, 비트 b6을 Q 컴퍼넌트로 매핑시킨다. 이런식으로, 제2 변조 심벌 내지 제5변조 심벌의 나머지 4개의 변조 심벌들을 생성한다. 또한, 상기 패킷을 2개의 서브 패킷(sub-packet)들로 분할하고, 상기 2개의 서브 패킷들 중 제1서브 패킷을

이라고 가정하고, 제2서브 패킷을

이라고 가정하기로 한다.

이 경우, 채널 상태가 비교적 열악할 경우에는, 즉 비교적 작은 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio, 이하 'SNR'이라 칭하기로 한다)를 가지는 채널 상태에서는 상기 제1서브 패킷

이 상기 제2서브 패킷

에 비해 더 정확하게 수신된다. 이와는 달리, 채널 상태가 비교적 양호할 경우에는, 즉 비교적 큰 SNR을 가지는 채널 상태에서는 상기 제2서브 패킷

뿐만 아니라 상기 제1서브 패킷

역시 정확하게 수신될 확률이 높다. 따라서, 본 발명에서는 상기 중첩 부호화 방식을 기반으로 하여 신호를 릴레이하는 방안을 제안한다.

상기 도 2에서는 BPSK 방식을 사용하여 변조된 신호가 더 강력한 BPSK 방식을 사용하여 변조된 신호로 중첩되는 경우의 중첩 부호화 방식에 대해서 설명하였으며, 다음으로 도 3을 참조하여 8PSK 방식이 QPSK 방식으로 중첩되는 경우에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 3은 비균일 32QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 성상도를 획득하기 위해 8PSK 성상도가 QPSK 성상도로 중첩되는 경우를 도시한 도면이다.

상기 도 3을 참조하면, 상기 변조 심벌의 8PSK 컴퍼넌트를 결정하는 3비트들이 QPSK 컴퍼넌트를 결정하는 2비트들보다 덜 보호됨을 알 수 있다. 또한, 통신 시스템의 송신기와 수신기간의 채널 이득(channel gain)을 h라고 가정하면, 상기 수신기에서 수신하는 수신 신호 r는 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 1에서 x₁과 x₂는

인 복소수를 나타내며, 상기 x₁과 x₂ 각각은 상기 QPSK 컴퍼넌트와 8PSK 컴퍼넌트의 송신 위상들을 결정한다. 상기 수학식 1에서 z는

의 분산을 가지는 복소 잡음 컴퍼넌트를 나타낸다.

따라서, 상기 QPSK 컴퍼넌트를 중첩 부호(superposition code)의 기본 컴퍼넌트(basic component)라고 칭하기로 하며, 상기 8PSK 컴퍼넌트를 상기 중첩 부호의 중첩된 컴퍼넌트(superposed component)라고 칭하기로 한다. 또한, 상기 QPSK 컴퍼넌트에 의해 송신되는 메시지를 기본 메시지(basic message)라고 칭하기로 하며, 상기 8PSK 컴퍼넌트에 의해 송신되는 메시지를 중첩된 메시지(superposed message)라고 칭하기로 한다. 따라서, 송신된 심볼에서의 전체 에너지 E _total 는

가 되며, 목적지(destination), 즉 상기 수신기에서의 SNR은 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

또한, 상기 중첩된 신호의 각 컴퍼넌트는 독립적인 메시지를 송신한다고 가정하기로 한다. 이는 상기 도 3의 성상도 상에서 N개의 변조 심벌들이 송신될 경우 상기 기본 메시지는 2N 비트들을 포함하고, 추가 메시지, 즉 상기 중첩된 메시지는 3N 비트들을 포함하는 것을 나타낸다. 그러면 여기서 상기 중첩 부호화 방식을 사용하여 부호화된 신호를 복호하는 방식에 대해서 설명하기로 한다.

먼저, 상기 기본 메시지는 상기 수학식 1에 나타낸 바와 같은 수신 신호 r에서

을 잡음으로 간주하여 검출할 수 있으며, 이 경우 상기 기본 메시지는

가 된다. 따라서, 8PSK 신호의 복조는 상기 기본 메시지

만을 고려하여 수행된다. 다음으로 상기 중첩된 메시지의 크기는 상기 기본 메시지 수신의 신뢰성에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 상기 수신된 QPSK 신호 에 대한 에러 확률은 상기 8PSK 신호의 실제값에 의해 영향을 받는다. 최악의 경우, 비정상적인 8PSK 신호가 송신되었다고 가정하면, 상기 비정상적인 8PSK 신호는 상기 수신된 QPSK 신호를 결정하는데 사용되며, 이는 하기 수학식 3에 나타낸 바와 같다.

또한, 상기 기본 메시지에 대한 비트 에러 확률(BEP: Bit Error Probability, 이하 'BEP'라 칭하기로 한다)은 효율적 에너지

를 가지는 비중첩된 QPSK 신호 송신에 대한 BEP에 의해 상한된다. 즉, 기본 메시지를 검출하기 위해 사용되는 SNR γ _b 는 하기 수학식 4와 같이 간략화시킬 수 있다.

상기 기본 메시지가 정상적으로 복호되었다고 가정하면, 상기 중첩된 메시지를 복호하기위해 사용되는 SNR γ _s 는 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.

(2) AMC 방식

상기 AMC 방식을 사용함으로써 링크는 실제 송신 조건에 적응하며, 원하는 특정 스펙트럼 효율을 최대화시킬 수 있다. 상기 통신 시스템에서 사용하는 AMC 모드(mode)가 M개 존재한다고 가정하면, 제M AMC 모드는 R _m 의 데이터 레이트(data rate)를 가지며,

의 관계를 가진다. 여기서, 상기 AMC 방식은 다수의 변조 및 코딩 방식(MCS: Modulation and Coding Scheme, 이하 'MCS'라 칭하기로 한다) 레벨(level)들을 포함하며, 상기 MCS 레벨들이 M개일 경우 상기 AMC 모드가 M개 존재하게 되는 것이다.

또한,

을 상기 송신기가 제m AMC 모드를 사용하고 수신기에서의 SNR이 γ일 경우의 패킷 에러 레이트(PER: Packet Error Rate, 이하 'PER'이라 칭하기로 한다)를 나타낸다고 가정하기로 하면, 상기 SNR γ에 대해서

의 관계를 가진다. 상기 송신기가 제m AMC 모드를 사용하고, 상기 수신기에서의 SNR이 γ일 경우의 처리량은 하기 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

또한, 상기 SNR γ에 대해서 선택된 AMC 모드를 m^*라고 가정하면, 상기 AMC 모드 m^*은 하기 수학식 7과 같은 기준에 기반하여 선택된다.

상기 수학식 7에 나타낸 바와 같이 SNR γ에 대해서 선택되는 AMC 모드 m^*은 그 처리량을 최대화시키는, 즉 그 데이터 레이트를 최대화시키는 AMC 모드이다.

또한, 유한된 PER 값들을 가지기 위해서는 상기 패킷 사이즈 N을 1080로 고정시켜야만 한다(N = 1080). 상기

의 단조성(monotonicity)으로 인해, 상기 AMC 모드를 선택하기 위한 SNR 임계값들은 임의의 시간에서 2개의 AMC 모드들을 비교하여 검출할 수 있다. 먼저, 최저 SNR 임계값을

이라고 가정하면,

일 경우 최저 AMC 모드가 사용되지 않았음을 알 수 있다. 여기서, 상기 최저 AMC 모드라 함은 최저 MCS 레벨을 사용하는 AMC 모드를 나타낸다. 총 M개의 SNR 임계값

을

라고 가정하면,

일 경우 제m AMC 모드가 사용되며, SNR 임계값

은 하기 수학식 8과 같이 결정된다.

또한, 상기 AMC 모드 선택에 의해 결정되는 매핑을 하기 수학식 9와 같이 정의하기로 한다.

상기 수학식 9에서 R은 링크를 통한 SNR이 γ일 경우 그 데이터 레이트를 최대화시키기 위해 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트를 나타낸다. 하기 표 1에 패킷 사이즈 N이 1080(N = 1080)이고, 부호화되지 않은(uncoded) M-QAM 변조 방식이 사용될 경우의 SNR 임계값들을 나타내었다.

상기 표 1에서 Mode는 상기 AMC 모드를 나타내며, Modulation은 변조 방식을 나타내며, Rate는 데이터 레이트를 나타내며, Threshold는 SNR 임계값을 나타낸다.

또한, 하기 표 2에 패킷 사이즈 N이 1080(N = 1080)이고, 부호화된(coded) M-QAM 변조 방식이 사용될 경우의 SNR 임계값들을 나타내었다.

상기 표 2에서 Coding rate는 부호화율을 나타낸다.

상기에서 설명한 바와 같이 PSK 변조 방식들로 구현되는 중첩 부호화 방식은 미세한 granularity를 가지는 레이트 적응을 획득하기 위해서 사용되는 것이다.

다음으로, 일반적인 신호 릴레이 방식에 대해서 설명하기로 한다.

먼저, 종래 기술 부분의 도 1에서 설명한 바와 같이 소스 노드(source node) S는 하기 수학식 10과 같은 신호를 송신한다고 가정하기로 한다.

또한, 목적지 노드(destination node) D에서 수신하는 신호는 하기 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 11에서, r _D 는 상기 목적지 노드 D에서 수신하는 신호를 나타내며, h _SD 는 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 채널 이득을 나타내며, z _D 는 상기 목적지 노드 D에서의 복소 잡음 신호를 나타낸다.

그리고, 릴레이 노드(relay node) R에서 수신하는 신호는 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 12에서, r _R 는 상기 릴레이 노드 R에서 수신하는 신호를 나타내 며, h _SR 는 상기 소스 노드 S와 릴레이 노드 R간의 채널 이득을 나타내며, z _R 는 상기 릴레이 노드 R에서의 복소 잡음 신호를 나타낸다.

또한, 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간 링크의 SNR을

라고 정의하고, 상기 소스 노드 S와 릴레이 노드 R간 링크의 SNR을

라고 정의하고, 상기 릴레이 노드 R과 목적지 노드 D간 링크의 SNR을

라고 정의하기로 한다. 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간 링크에서 AMC 모드 사용에 상응하게 획득 가능한 데이터 레이트를 R _SD라고 정의하고, 상기 소스 노드 S와 릴레이 노드 R간 링크에서 AMC 모드 사용에 상응하게 획득 가능한 데이터 레이트를 R _SR라고 정의하고, 상기 릴레이 노드 R과 목적지 노드 D간 링크에서 AMC 모드 사용에 상응하게 획득 가능한 데이터 레이트를 R _RD라고 정의하기로 한다. 상기 R _SD와, R _SR와, R _RD는 하기 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.

그러면 여기서 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로 신호를 송신하기 위한 2가지 송신 모드들, 즉 직접 모드(direct mode)와 멀티 홉 모드(multi-hop mode)에 대해서 설명하기로 한다.

먼저. 상기 직접 모드는 상기 릴레이 노드 R이 사용되지 않고, 데이터 레이트가 R _SD인 모드를 나타낸다. 상기 멀티 홉 모드는 신호가 먼저 소스 노드 S에서 릴 레이 노드 R로 R _SR의 데이터 레이트로 송신되고, 다음으로 상기 릴레이 노드 R에서 목적지 노드 D로 R _RD의 데이터 레이트로 송신되는 모드를 나타낸다. 여기서, 상기 소스 노드 S에서 릴레이 노드 R로 R _SR의 데이터 레이트로 N 비트들을 송신하는데 소요되는 시간은

이다. 그리고, 상기 릴레이 노드 R에서 목적지 노드 D로 R _RD의 데이터 레이트로 N 비트들을 송신하는데 소요되는 시간은

이다. 따라서, 상기 멀티홉 모드를 사용할 경우의 데이터 레이트 R _mh 는 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.

한편, 상기 소스 노드 S를 기지국(BS: Base Station)이라고 가정하고, 상기 기지국이 상기 3개의 데이터 레이트들, 즉 R _SD와, R _SR와, R _RD를 인식하고 있다고 가정하기로 한다. 그러면 상기 기지국은 상기 R _mh를 계산할 수 있고, 상기 R _mh를 R _SD와 비교한다. 상기 비교 결과 상기 R _mh이 R _SD를 초과할 경우(R _mh > R _SD) 상기 기지국은 멀티 홉 모드를 선택하여 신호를 송신한다. 이와는 반대로 상기 비교 결과 상기 R _mh이 R _SD 이하일 경우(R _mh

R _SD) 상기 기지국은 직접 모드를 선택하여 신호를 송신한다. 따라서 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 최적 데이터 레이트 R _conv는 하기 수학식 15와 같이 결정된다. 여기서, 상기 최적 데이터 레이트 R _conv는 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드들이 상기 직접 모드와 멀티 홉 모드일 경우의 최적 데이터 레이트를 나타낸다.

본 발명은 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로 신호를 송신하기 위한 새로운 송신 모드, 즉 중첩 모드(superposition mode)를 제안한다. 상기 중첩 모드에 대해서 설명하면 다음과 같다.

먼저, 데이터 레이트 R _SD = R _b (단, R _b > 0)의 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 링크에 제b AMC 모드가 사용될 경우의 SNR을 γ_SD라고 가정하기로 한다. 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 링크에 제b AMC 모드가 사용되었다는 것은

임을 나타낸다. 그러면, 상기 수학식 2는 하기 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 16에서 전체 송신 전력, 즉 전체 에너지 E _total 는 고정되어 있으 며, 데이터 레이트 R _b 에서 상기 기본 메시지를 송신하기 위해서는 상기 수학식 4를 사용해야만 하며, 따라서 하기 수학식 17과 같은 결과를 얻게 된다.

또한, 상기 고정된 전체 에너지 E _total 와 채널 이득

에 대해, 상기 γ_SD와 τ_b는 고정된 값을 가지며, 하기 수학식 18과 같은 관계가 성립됨을 알 수 있다.

상기 수학식 18에서는 수학식의 간단성을 위해 상기 γ_SD와 τ_b는 실수값들을 가진다고 가정하였으며, [dB] 형태로 표현하지 않았음에 유의하여야만 한다.

다음으로, 상기 목적지 노드 D가 상기 기본 메시지만을 복호하고, 중첩된 메시지는 전혀 복호하지 않는다고 가정하기로 한다. 이 경우 상기 수학식 12에 나타낸 바와 같은 릴레이 노드 R에서의 수신 신호를 고려해보기로 한다. 먼저, 상기 신호 릴레이 시스템의 일반적인 가정인 하기 수학식 19와 같은 가정을 사용하기로 한 다.

상기 수학식 19에 나타낸 바와 같은 조건을 가질 경우, 상기 릴레이 노드 R에서 상기 소스 노드 S에서 송신한 기본 메시지를 복호하기 위한 유효 SNR γ _b,R 은 하기 수학식 20과 같이 나타낼 수 있다.

상기 기본 메시지는 상기 릴레이 노드 R에서 매우 높은 신뢰성을 가지고, 즉 유효 SNR이 AMC 모드를 위해 불필요하게 높은 상태에서 복호된다. 또한, 상기 기본 메시지가 정확하게 복호된 후에, 상기 중첩된 메시지를 복호하기 위해 필요한 유효 SNR γ _s,R 을 고려하면 하기 수학식 21과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 21에서,

일 경우(단,

) 상기 중첩된 메시지는 데이터 레이트

에서 상기 소스 노드 S에서 릴레이 노드 R로 신 뢰성있게 송신된다. 따라서, 상기 소스 노드 S에서 릴레이 노드 R로의 전체 데이터 레이트는 R _b + R _s 가 된다.

또한, 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로 신호를 송신하기 위해 상기 중첩 모드가 사용될 경우, 상기 소스 노드 S의 신호 송신 이후 상기 릴레이 노드 R은 상기 데이터 레이트 R _RD에서 상기 릴레이 노드 R과 목적지 노드 D간의 링크에서 상기 중첩된 메시지를 송신한다. 그래서, 상기 중첩 모드가 사용될 경우 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 최적 데이터 레이트 R _sup는 다음과 같이 계산된다. 여기서, 상기 최적 데이터 레이트 R _sup는 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드가 상기 중첩 모드일 경우의 최적 데이터 레이트를 나타낸다.

먼저, 시간 T동안 상기 소스 노드 S가 N _b 비트들을 포함하는 기본 메시지와 N _s 비트들을 포함하는 중첩된 메시지를 송신한다고 가정하면,

이고,

이다. 데이터 레이트 R _RD에서 상기 릴레이 노드 R에서 상기 목적지 노드 D로 N _s 비트들을 송신하는데 소요되는 시간은

이며, 상기 최적 데이터 레이트 R _sup는 하기 수학식 22와 같이 나타낼 수 있다.

결과적으로, 상기 소스 노드 S, 즉 기지국은 주어진 SNR에 대해 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 링크와, 소스 노드 S와 릴레이 노드 R간의 링크와, 릴레이 노드 R과 목적지 노드 D간의 링크에서의 처리량을 최대화시키기 위해, 즉 데이터 레이트를 최대화시키기 위해 송신 모드를 선택하며, 따라서 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 최적 데이터 레이트 R _proposed는 하기 수학식 23에 나타낸 바와 같다. 여기서, 상기 최적 데이터 레이트 R _proposed는 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드가 상기 직접 모드와, 멀티 홉 모드와, 중첩 모드일 경우의 최적 데이터 레이트를 나타낸다.

만약, 상기 전체 에너지 E _total 이 고정되어 있고, 상기 중첩 모드가 사용되었다고 가정하면, 상기 기본 메시지와 중첩된 메시지의 에너지는 하기 수학식 24와 같이 나타낼 수 있다.

그러면 여기서 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템에서 신호 릴레이 과정에 대해서 설명하기로 한다.

상기 도 4a-도4b는 본 발명의 실시예에 따른 통신 시스템의 소스 노드 S에서 신호 릴레이 과정을 도시한 순서도이다.

상기 도 4a 내지 도 4b를 참조하면, 먼저 411단계에서 소스 노드 S는 각 링크, 즉 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간 링크와, 상기 소스 노드 S와 릴레이 노드 R간 링크와, 릴레이 노드 R과 목적지 노드 D간 링크 각각에서 데이터 레이트를 최대화시키기 위해 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트를 계산하고 413단계로 한다. 여기서, 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간 링크의 SNR을

라고 가정하고, 상기 소스 노드 S와 릴레이 노드 R간 링크의 SNR을

라고 가정하고, 상기 릴레이 노드 R과 목적지 노드 D간 링크의 SNR을

라고 가정할 경우 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간 링크와, 상기 소스 노드 S와 릴레이 노드 R간 링크와, 릴레이 노드 R과 목적지 노드 D간 링크에서 데이터 레이트를 최대화시키기 위해 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트는 상기 수학식 13에서 설명한 바와 같다.

상기 413단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 신호 송신에 멀티홉 모드를 사용할 경우의 데이터 레이트 R _mh 를 계산하고 415단계로 진행한다. 여기서, 상기 데이터 레이트 R _mh 는 상기 수학식 14에서 설명한 바와 같이 계산된다. 상기 415단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드들이 상기 직접 모드와 멀티 홉 모드일 경우의 최적 데이터 레이트 R _conv를 계산하고 417단계로 진행한다. 여기서, 상기 최적 데이터 레이트 R _conv는 상기 수학식 15에서 설명한 바와 같이 계산된다.

상기 417단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 링크에 사용할 AMC 모드를 결정하고, 상기 결정한 AMC 모드를 사용할 경우 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 링크의 데이터 레이트 R _SD를 결정한 후 419단계로 진행한다. 여기서, 상기 소스 노드 S가 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 링크에 사용할 AMC 모드를 제b AMC 모드로 결정하였다고 가정하면, 상기 데이터 레이트 R _SD는 R _b 가 된다(R _SD = R _b ). 상기 419단계에서 상기 소스 노드 S는 기본 메시지가 정확하게 복호된 후에, 중첩된 메시지를 복호하기 위해 필요한 유효 SNR γ _s,R 을 계산하고 421단계로 진행한다. 여기서, 상기 유효 SNR γ _s,R 은 상기 수학식 21에서 설 명한 바와 같이 계산된다.

상기 421단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 중첩된 메시지가 신뢰성있게 송신되는 데이터 레이트

를 결정하고 423단계로 진행한다. 상기 423단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 소스 노드 S와 목적지 노드 D간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드가 상기 중첩 모드일 경우의 최적 데이터 레이트 R _sup를 계산하고 425단계로 진행한다. 여기서, 상기 최적 데이터 레이트 R _sup는 상기 수학식 22에서 설명한 바와 같이 계산된다. 상기 425단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 최적 데이터 레이트 R _sup가 상기 최적 데이터 레이트 R _conv를 초과하는지 검사한다. 상기 검사 결과 상기 최적 데이터 레이트 R _sup가 상기 최적 데이터 레이트 R _conv를 초과할 경우 상기 검사 노드 S는 427단계로 진행한다. 상기 427단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로의 신호 송신에 상기 중첩 모드를 사용하기로 결정하고 종료한다. 여기서, 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로의 신호 송신에 상기 중첩 모드를 사용할 경우의 기본 메시지와 중첩된 메시지의 에너지는 상기 수학식 24에서 설명한 바와 같이 결정된다.

한편, 상기 425단계에서 검사 결과 상기 최적 데이터 레이트 R _sup가 상기 최적 데이터 레이트 R _conv를 초과하지 않을 경우 상기 검사 노드 S는 429단계로 진행한다. 상기 429단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 기본 메시지의 에너지를

로 결정하고, 상기 중첩된 메시지의 에너지를 0으로 결정하고 431단계로 진행한다. 상기 431단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 데이터 레이트 R _mh 가 상기 데이터 레이트 R _SD를 초과하는지 검사한다. 상기 검사 결과 상기 데이터 레이트 R _mh 가 상기 데이터 레이트 R _SD를 초과할 경우 상기 소스 노드 S는 433단계로 진행한다. 상기 433단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로의 신호 송신에 상기 멀티 홉 모드를 사용하기로 결정하고 종료한다. 한편, 상기 431단계에서 검사 결과 상기 데이터 레이트 R _mh 가 상기 데이터 레이트 R _SD를 초과하지 않을 경우 상기 소스 노드 S는 435단계로 진행한다. 상기 435단계에서 상기 소스 노드 S는 상기 소스 노드 S에서 목적지 노드 D로의 신호 송신에 상기 직접 모드를 사용하기로 결정하고 종료한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 통신 시스템에서 처리량을 증가시키는 형태로, 즉 데이터 레이트를 증가시키는 형태로 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신 에 사용되는 송신 모드를 결정함으로써 전체 통신 시스템의 효율을 증가시킨다는 이점을 가진다.

Claims (18)

1. 통신 시스템의 소스 노드에서 신호 릴레이 방법에 있어서,

   소스 노드와 목적지 노드간 링크인 제1링크와, 상기 소스 노드와 릴레이 노드간 링크인 제2링크와, 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드간 링크인 제3링크 각각에서 데이터 레이트를 최대화시키기 위해 사용되어야만 하는 적응적 변조 및 부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding) 모드의 데이터 레이트를 계산하는 과정과,

   상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 멀티홉 모드를 사용할 경우의 데이터 레이트인 제1데이터 레이트를 계산하는 과정과,

   상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드들이 직접 모드와 상기 멀티 홉 모드일 경우의 최적 데이터 레이트인 제1최적 데이터 레이트를 계산하는 과정과,

   상기 제1링크에 사용할 AMC 모드를 결정하고, 상기 결정한 AMC 모드를 사용할 경우 상기 제1링크의 데이터 레이트인 제2데이터 레이트를 결정하는 과정과,

   상기 소스 노드에서 목적지 노드로 송신되는 신호가 기본 메시지와 중첩된 메시지를 포함할 경우, 상기 기본 메시지가 복호된 후 중첩된 메시지를 복호하기 위해 필요한 유효 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)를 계산하는 과정과,

   상기 중첩된 메시지가 신뢰성있게 송신되는 데이터 레이트인 제3데이터 레이트를 결정하는 과정과,

   상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드가 중첩 모드일 경우의 최적 데이터 레이트인 제2최적 데이터 레이트를 계산하는 과정과,

   상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과하는지 검사하는 과정과,

   상기 검사 결과 상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과할 경우 상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 중첩 모드를 사용하기로 결정하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 소스 노드에서 신호 릴레이 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 검사 결과 상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과하지 않을 경우 상기 기본 메시지의 에너지를 전체 에너지와 상기 소스 노드와 목적지 노드간의 SNR을 고려하여 결정하고, 상기 중첩된 메시지의 에너지를 0으로 결정하는 과정과,

   상기 제1데이터 레이트가 상기 제2데이터 레이트를 초과하는지 검사하는 과정과,

   상기 검사 결과 상기 제1데이터 레이트가 상기 제2데이터 레이트를 초과할 경우 상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 멀티 홉 모드를 사용 하기로 결정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 소스 노드에서 신호 릴레이 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 검사 결과 상기 제1데이터 레이트가 상기 제2데이터 레이트를 초과하지 않을 경우 상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 직접 모드를 사용하기로 결정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 소스 노드에서 신호 릴레이 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1링크와, 제2링크와, 제3링크 각각에 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트들 각각은 하기 수학식 25와 같이 표현될 경우, 상기 제1데이터 레이트를 계산하는 과정은 하기 수학식 26을 사용하여 상기 제1데이터 레이트를 계산하는 것임을 특징으로 하는 소스 노드에서 신호 릴레이 방법.

   

   상기 수학식 25에서, R _SD는 상기 제1링크에 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트를 나타내며, R _SR은 상기 제2링크에 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트를 나타내며, R _RD는 상기 제3링크에 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트를 나타내며,

   

   는 상기 제1링크의 SNR을 나타내며,

   

   은 상기 제2링크의 SNR을 나타내며,

   

   는 상기 제3링크의 SNR을 나타냄.

   

   상기 수학식 26에서, R _mh 는 상기 제1데이터 레이트를 나타내며, N은 신호 사이즈를 나타내며, T는 상기 소스 노드에서 릴레이 노드로 R _SR의 데이터 레이트로 상기 사이즈 N의 신호를 송신하는데 소요되는 시간을 나타냄(

   

   ).
5. 제4항에 있어서,

   상기 제1최적 데이터 레이트를 계산하는 과정은 하기 수학식 27을 사용하여 상기 제1최적 데이터 레이트를 계산하는 것임을 특징으로 하는 소스 노드에서 신호 릴레이 방법.

   

   상기 수학식 27에서, R _conv는 상기 제1최적 데이터 레이트를 나타냄.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제1링크에 사용하기로 결정된 AMC 모드가 제b AMC 모드이고, 상기 제2데이터 레이트가 R _b 일 경우, 상기 유효 SNR을 계산하는 과정은 하기 수학식 28을 사용하여 상기 유효 SNR을 계산하는 것임을 특징으로 하는 소스 노드에서 신호 릴레이 방법.

   

   상기 수학식 28에서, γ _s,R 은 유효 SNR을 나타내며, h _SD 는 상기 제1링크의 채널 이득을 나타내며, h _SR 는 상기 제2링크의 채널 이득을 나타내며, 상기 h _SD 와 h _SR 는

   

   의 관계를 가지며, E ₂ 는 상기 중첩된 메시지의 에너지를 나타내며,

   

   는 복소 잡음 신호의 분산을 나타내며,

   

   는 상기 제b AMC 모드가 사용될 경우의 SNR 임계값을 나타냄.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제3데이터 레이트가 하기 수학식 29와 같이 표현될 경우, 상기 제2최적 데이터 레이트를 계산하는 과정은 하기 수학식 30을 사용하여 상기 제2최적 데이터 레이트를 계산하는 것임을 특징으로 하는 소스 노드에서 신호 릴레이 방법.

   상기 수학식 29에서 R _s 는 상기 제3데이터 레이트를 나타냄.

   

   상기 수학식 30에서, R _sup는 상기 제2최적 데이터 레이트를 나타내며, N _b 는 상기 기본 메시지의 사이즈를 나타내며, 상기 N _s 는 상기 중첩된 메시지의 사이즈를 나타냄.
8. 제7항에 있어서,

   상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 중첩 모드를 사용하기로 결정한 후, 상기 기본 메시지의 에너지와 중첩된 메시지의 에너지를 하기 수학식 31을 사용하여 결정하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 소스 노드에서 신호 릴레이 방법.

   

   

   

   상기 수학식 31에서, E _total 는 상기 전체 에너지를 나타내며, E ₁ 는 상기 기본 메시지의 에너지를 나타냄.
9. 제4항에 있어서,

   상기 기본 메시지의 에너지를 전체 에너지와 상기 소스 노드와 목적지 노드간의 SNR을 고려하여 결정하는 과정은 상기 기본 메시지의 에너지를 전체 에너지를 상기 제1링크의 SNR로 나눈 값으로 결정하는 것임을 특징으로 하는 소스 노드에서 신호 릴레이 방법.
10. 통신 시스템의 신호 릴레이 시스템에 있어서,

    소스 노드와,

    목적지 노드와,

    릴레이 노드를 포함하며,

    상기 소스 노드는;

    소스 노드와 상기 목적지 노드간 링크인 제1링크와, 상기 소스 노드와 상기 릴레이 노드간 링크인 제2링크와, 상기 릴레이 노드와 상기 목적지 노드간 링크인 제3링크 각각에서 데이터 레이트를 최대화시키기 위해 사용되어야만 하는 적응적 변조 및 부호화(AMC: Adaptive Modulation and Coding) 모드의 데이터 레이트를 계산하고,

    상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 멀티홉 모드를 사용할 경우의 데이터 레이트인 제1데이터 레이트를 계산하고,

    상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드들이 직접 모드와 상기 멀티 홉 모드일 경우의 최적 데이터 레이트인 제1최적 데이터 레이트를 계산하고,

    상기 제1링크에 사용할 AMC 모드를 결정하고, 상기 결정한 AMC 모드를 사용할 경우 상기 제1링크의 데이터 레이트인 제2데이터 레이트를 결정하고,

    상기 소스 노드에서 목적지 노드로 송신되는 신호가 기본 메시지와 중첩된 메시지를 포함할 경우, 상기 기본 메시지가 복호된 후 중첩된 메시지를 복호하기 위해 필요한 유효 신호대 잡음비(SNR: Signal-to-Noise Ratio)를 계산하고,

    상기 중첩된 메시지가 신뢰성있게 송신되는 데이터 레이트인 제3데이터 레이트를 결정하고,

    상기 소스 노드와 목적지 노드간의 신호 송신에 사용 가능한 송신 모드가 중첩 모드일 경우의 최적 데이터 레이트인 제2최적 데이터 레이트를 계산하고,

    상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과하는지 검사하고,

    상기 검사 결과 상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과할 경우 상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 중첩 모드를 사용하기로 결정함을 특징으로 하는 신호 릴레이 시스템.
11. 제10항에 있어서,

    상기 소스 노드는;

    상기 검사 결과 상기 제2최적 데이터 레이트가 상기 제1최적 데이터 레이트를 초과하지 않을 경우 상기 기본 메시지의 에너지를 전체 에너지와 상기 소스 노드와 목적지 노드간의 SNR을 고려하여 결정하고, 상기 중첩된 메시지의 에너지를 0으로 결정하고,

    상기 제1데이터 레이트가 상기 제2데이터 레이트를 초과하는지 검사하고,

    상기 검사 결과 상기 제1데이터 레이트가 상기 제2데이터 레이트를 초과할 경우 상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 멀티 홉 모드를 사용하기로 결정함을 특징으로 신호 릴레이 시스템.
12. 제11항에 있어서,

    상기 소스 노드는;

    상기 검사 결과 상기 제1데이터 레이트가 상기 제2데이터 레이트를 초과하지 않을 경우 상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 직접 모드를 사용하기로 결정함을 특징으로 신호 릴레이 시스템.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1링크와, 제2링크와, 제3링크 각각에 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트들 각각은 하기 수학식 32와 같이 표현될 경우, 상기 소스 노드는 하기 수학식 33을 사용하여 상기 제1데이터 레이트를 계산함을 특징으로 신호 릴레이 시스템.

    

    상기 수학식 32에서, R _SD는 상기 제1링크에 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트를 나타내며, R _SR은 상기 제2링크에 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트를 나타내며, R _RD는 상기 제3링크에 사용되어야만 하는 AMC 모드의 데이터 레이트를 나타내며,

    

    는 상기 제1링크의 SNR을 나타내며,

    

    은 상기 제2링크의 SNR을 나타내며,

    

    는 상기 제3링크의 SNR을 나타냄.

    

    상기 수학식 33에서, R _mh 는 상기 제1데이터 레이트를 나타내며, N은 신호 사이즈를 나타내며, T는 상기 소스 노드에서 릴레이 노드로 R _SR의 데이터 레이트로 상기 사이즈 N의 신호를 송신하는데 소요되는 시간을 나타냄(

    

    ).
14. 제13항에 있어서,

    상기 소스 노드는 하기 수학식 34를 사용하여 상기 제1최적 데이터 레이트를 계산함을 특징으로 신호 릴레이 시스템.

    

    상기 수학식 34에서, R _conv는 상기 제1최적 데이터 레이트를 나타냄.
15. 제14항에 있어서,

    상기 제1링크에 사용하기로 결정된 AMC 모드가 제b AMC 모드이고, 상기 제2데이터 레이트가 R _b 일 경우, 상기 소스 노드는 하기 수학식 35를 사용하여 상기 유효 SNR을 계산함을 특징으로 신호 릴레이 시스템.

    

    상기 수학식 35에서, γ _s,R 은 유효 SNR을 나타내며, h _SD 는 상기 제1링크의 채널 이득을 나타내며, h _SR 는 상기 제2링크의 채널 이득을 나타내며, 상기 h _SD 와 h _SR 는

    

    의 관계를 가지며, E ₂ 는 상기 중첩된 메시지의 에너지를 나타내며,

    

    는 복소 잡음 신호의 분산을 나타내며,

    

    는 상기 제b AMC 모드가 사용될 경우의 SNR 임계값을 나타냄.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제3데이터 레이트가 하기 수학식 36과 같이 표현될 경우, 상기 소스 노드는 하기 수학식 37을 사용하여 상기 제2최적 데이터 레이트를 계산함을 특징으로 신호 릴레이 시스템.

    

    상기 수학식 36에서 R _s 는 상기 제3데이터 레이트를 나타냄.

    

    상기 수학식 37에서, R _sup는 상기 제2최적 데이터 레이트를 나타내며, N _b 는 상기 기본 메시지의 사이즈를 나타내며, 상기 N _s 는 상기 중첩된 메시지의 사이즈를 나타냄.
17. 제16항에 있어서,

    상기 소스 노드에서 목적지 노드로의 신호 송신에 상기 중첩 모드를 사용하기로 결정한 후, 상기 소스 노드는 상기 기본 메시지의 에너지와 중첩된 메시지의 에너지를 하기 수학식 38을 사용하여 결정함을 특징으로 신호 릴레이 시스템.

    

    

    

    상기 수학식 38에서, E _total 는 상기 전체 에너지를 나타내며, E ₁ 는 상기 기본 메시지의 에너지를 나타냄.
18. 제13항에 있어서,

    상기 소스 노드는 상기 기본 메시지의 에너지를 전체 에너지를 상기 제1링크의 SNR로 나눈 값으로 결정함을 특징으로 신호 릴레이 시스템.

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