KR20100040594A - 전송 전력 할당 방법 - Google Patents

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Abstract

쌍방향 중계 시스템에서 제1 노드와 중계기 사이에 형성된 제1 채널에 대한 제1 채널 이득이 제2 노드와 상기 중계기 사이에 형성된 제2 채널에 대한 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량(sum rate)이 최대가 되도록 상기 제1 노드의 제1 전송 전력, 상기 제2 노드의 제2 전송 전력 및 상기 중계기의 제3 전송 전력을 결정하는 전송 전력 할당 방법이 개시된다.
전송 전력, 데이터 전송률, 쌍방향 중계, 시스템 용량

Description

전송 전력 할당 방법{METHOD FOR ALLOCATING TRANSMISSION POWER}
전송 전력 할당 방법이 개시된다. 특히, 쌍방향 중계 시스템에서 시스템 용량(sum rate)과 전송 전력량을 고려하여 쌍방향 중계 시스템에 존재하는 노드들의 전송 전력을 할당하는 방법이 개시된다.
차세대 이동통신 시스템에서는 셀 엣지(edge) 사용자의 성능 개선 및 셀 커버리지(coverage) 확대를 위해 고정 또는 이동 중계기가 도입되고 있다. 하지만, 중계기를 기반으로 하는 통신 시스템들은 중계기가 신호를 동시에 송수신하지 못하는 특성 때문에, 자원을 효율적으로 사용하지 못하는 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 최근에는 자원의 효율적 사용을 위해 쌍방향 중계 시스템이 등장하고 있다. 쌍방향 중계 시스템은 중계기가 두 개의 노드로부터 신호를 동시에 수신하고, 소정의 네트워크 코딩을 한 후 상기 두 노드에 대해 신호를 동시에 전송하는 시스템을 의미한다.
쌍방향 중계를 수행하기 위해 중계기는 아날로그 네트워크 코딩(analog network coding), 중첩 코딩(superposition coding) 또는 물리 계층 네트워크 코딩(physical-layer network coding)등을 수행할 수 있다.
여기서, 물리 계층 네트워크 코딩을 이용한 쌍방향 중계란 중계기가 두 노드로부터 동시에 전송되는 신호를 제1 시간 슬롯에서 수신하면, 상기 수신한 신호로부터 각 노드가 수신할 신호를 따로 검출하지 않고, 별도의 전송 신호를 생성한 후 상기 전송 신호를 제2 시간 슬롯을 이용하여 상기 두 노드에 전송하는 것을 의미한다.
이러한 쌍방향 중계 시스템은 자원의 효율적 활용이 가능하기 때문에 많은 연구가 진행되고 있으나 한정된 전송 전력 자원 하에서 시스템 용량(sum rate)을 극대화 하거나 적절한 시스템 용량을 유지하면서 전송 전력을 최소화하여 최적의 통신 환경을 유지하는 부분에 대해서는 거의 연구가 진행되고 있지 않다.
따라서, 쌍방향 중계 시스템에서 쌍방향 중계 시스템을 구성하는 노드나 중계기에 대해 최적의 전송 전력을 할당하는 방안에 대한 연구가 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 쌍방향 중계 시스템에서 제1 노드와 중계기 사이에 형성된 제1 채널에 대한 제1 채널 이득이 제2 노드와 상기 중계기 사이에 형성된 제2 채널에 대한 제2 채널 이득을 초과하는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 제1 데이터 전송률이 제2 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제1 데이터 전송률과 제3 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량(sum rate)이 최대가 되도록 상기 제1 노드의 제1 전송 전력, 상기 제2 노드의 제2 전송 전력 및 상기 중계기의 제3 전송 전력을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 데이터 전송률은 상기 제1 노드가 상기 중계기에 대해 제1 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이고, 상기 제2 데이터 전송률은 상기 제2 노드가 상기 중계기에 대해 제2 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이며, 상기 제3 데이터 전송률은 상기 중계기가 상기 제2 노드에 대해 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이다.
또한, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 쌍방향 중계 시스템에서 제1 노드와 중계기 사이에 형성된 제1 채널에 대한 제1 채널 이득이 제2 노드와 상기 중계기 사이에 형성된 제2 채널에 대한 제2 채널 이득을 초과하는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 제1 데이터 전송률이 제2 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제1 데이터 전송률과 제3 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 제1 노드의 제1 전송 전력과 상기 제2 노드의 제2 전송 전력 및 상기 중계기의 제3 전송 전력의 합이 최소가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 제1 데이터 전송률은 상기 제1 노드가 상기 중계기에 대해 제1 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이고, 상기 제2 데이터 전송률은 상기 제2 노드가 상기 중계기에 대해 제2 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이며, 상기 제3 데이터 전송률은 상기 중계기가 상기 제2 노드에 대해 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이다.
쌍방향 중계 시스템을 구성하는 노드들과 중계기에 할당될 수 있는 전송 전력 자원이 한정되어 있는 경우, 시스템 용량(sum rate)을 극대화할 수 있는 최적의 전송 전력 할당 방법을 제공할 수 있다.
또한, 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량을 일정량 이상 유지하면서 각 노드들과 중계기에 할당될 전송 전력 자원을 최소화할 수 있는 전송 전력 할당 방법을 제공할 수 있다.
또한, 쌍방향 중계 시스템의 각 노드들의 QoS(Quality of Service)를 보장하면서 중계기와 노드들의 전송 전력을 최소화할 수 있는 전송 전력 할당 방법을 제공할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 쌍방향 중계 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 제1 노드(110), 중계기(120) 및 제2 노드(130)가 도시되어 있다.
제1 노드(110), 중계기(120) 및 제2 노드(130)는 쌍방향 중계 시스템을 형성하여 신호를 주고 받기 때문에, 제1 노드(110), 중계기(120) 및 제2 노드(130)는 일반적인 중계 시스템 보다 적은 시간 슬롯을 통해 신호를 주고 받을 수 있다.
먼저, 제1 노드(110)와 제2 노드(130)가 제1 신호(111) 및 제2 신호(131)를 서로 주고 받는 경우를 가정하면, 제1 노드(110)와 제2 노드(130)는 각각 제1 신호(111) 및 제2 신호(131)를 제1 시간 슬롯을 이용하여 중계기(120)에 전송할 수 있다.
여기서, 제1 신호(111)를 x1 제2 신호(131)를 x2라고 가정하고, 제1 노드(110)와 중계기(120) 사이에 제1 채널 h1이 형성되고, 제2 노드(130)와 중계기(120) 사이에 제2 채널 h2가 형성되었다고 가정하자.
이러한 가정하에서 중계기(120)가 제1 시간 슬롯 동안 수신한 신호는 하기의 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00001
여기서, y3는 중계기(120)가 수신한 신호이고, n3는 노이즈를 의미한다.
중계기(120)는 제1 노드(110)와 제2 노드(130)로부터 제1 신호(111) 및 제2 신호(131)를 수신하면, 소정의 네트워크 코딩(network coding)을 통해 제3 신호(121)를 생성한 후 제3 신호(121)를 제2 시간 슬롯을 이용하여 제1 노드(110) 및 제2 노드(130)에 각각 전송할 수 있다.
만약, 제3 신호(121)를 x3로 가정하면, 제1 노드(110) 및 제2 노드(130)가 각각 상기 제2 시간 슬롯 동안 수신한 신호는 하기의 수학식 2를 통해 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00002
여기서, y1은 제1 노드(110)가 수신한 신호이고, y2는 제2 노드(130)가 수신한 신호이며, n1과 n2는 노이즈를 의미한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 중계기(120)는 제1 노드(110) 및 제2 노드(130)로부터 제1 신호(111) 및 제2 신호(131)를 수신하면, 물리계층 네트워크 코딩(physical-layer network coding) 기법을 이용하여 제3 신호(121)를 생성한 후 제3 신호(121)를 제1 노드(110) 및 제2 노드(130)에 전송할 수 있다.
제1 노드(110) 및 제2 노드(130)는 중계기(120)로부터 제3 신호(121)를 수신하면, 제3 신호(121)를 분석하여 제1 노드(110)는 제2 신호(131)를 검출하고, 제2 노드(130)는 제1 신호(111)를 검출함으로써, 자신이 수신해야 할 신호를 획득할 수 있다.
결국, 제1 노드(110)와 제2 노드(130)는 서로 신호를 주고 받는데 2개의 시간 슬롯만을 사용함으로써 일반적인 중계 시스템 보다 적은 시간 슬롯을 통해 신호의 송수신이 가능하다.
이하에서는 상기 쌍방향 중계 시스템에서 제1 노드(110), 중계기(120) 및 제2 노드(130)의 전송 전력을 할당하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 세 가지 실시예로 나뉠 수 있다.
첫 번째 실시예로 제1 노드(110)의 제1 전송 전력과 제2 노드(130)의 제2 전송 전력 및 중계기(130)의 제3 전송 전력의 합이 일정한 값으로 고정되는 한정된 자원 하에서, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량(sum rate)이 최대가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 방법이 있다.
그리고, 두 번째 실시예로 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량을 일정한 값으로 유지하면서, 상기 제1 전송 전력과 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전 송 전력의 합이 최소화 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 방법이 있다.
마지막으로, 제1 노드(110)로부터 제2 노드(130)로 신호가 전송되는 경우의 채널 용량과 제2 노드(130)로부터 제1 노드(110)로 신호가 전송되는 경우의 채널 용량을 일정한 값으로 유지하면서, 상기 제1 전송 전력과 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 합이 최소화 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 방법이 있다.
이와 관련하여, 먼저 상기 첫 번째 실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량은 하기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00003
여기서, R1은 제1 노드(110)로부터 제2 노드(130)로 신호가 전송되는 경우의 채널 용량, R2는 제2 노드(130)로부터 제1 노드(110)로 신호가 전송되는 경우의 채널 용량을 의미한다.
또한,
Figure 112008070876257-PAT00004
은 상기 제1 시간 슬롯에서 제1 노드(110)가 중계기(120)로 상기 제1 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률(이하, '제1 데이터 전송률')을 의미하고,
Figure 112008070876257-PAT00005
는 상기 제1 시간 슬롯에서 제2 노드(130)가 중계기(120)로 상기 제2 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률(이하, '제2 데이터 전송률')을 의미하며,
Figure 112008070876257-PAT00006
는 상기 제2 시간 슬롯에서 중계기(120)가 제2 노드(110)로 상기 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률(이하, '제3 데이터 전송률')을 의미하고,
Figure 112008070876257-PAT00007
는 상기 제2 시간 슬롯에서 중계기(120)가 제1 노드(130)로 상기 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률(이하, '제4 데이터 전송률')을 의미한다.
그리고, 상기 수학식 3에서 '1/2'은 신호를 전송하기 위해 두 번의 채널 사용이 요구되었음을 의미한다.
그리고, 상기 데이터 전송률들은 하기의 수학식 4로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00008
Figure 112008070876257-PAT00009
Figure 112008070876257-PAT00010
Figure 112008070876257-PAT00011
여기서, P1은 제1 노드(110)의 전송 전력(이하, '제1 전송 전력')을 의미하고, P2는 제2 노드(130)의 전송 전력(이하, '제2 전송 전력')을 의미하며, P3은 중계기(120)의 전송 전력(이하, '제3 전송 전력')을 의미한다.
또한,
Figure 112008070876257-PAT00012
은 노이즈 파워를 의미한다.
여기서, 상기 제1 전송 전력과 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 총합은 하기의 수학식 5와 같이 선정된(predetermined) 고정 값(fixed value)인 경우로 가정한다.
Figure 112008070876257-PAT00013
상기 수학식 5와 같은 가정하에서 본 발명의 일실시예에 다른 전력 할당 방법은 하기의 수학식 6을 만족하는 상기 제1 전송 전력 P1, 상기 제2 전송 전력 P2 및 상기 제3 전송 전력 P3을 결정하는 것이다.
Figure 112008070876257-PAT00014
여기서, CSUM은 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량을 의미한다.
상기 수학식 6을 만족하는 P1, P2, P3을 결정하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 P1, P2, P3 사이의 관계를 설정한다. 이때, P1, P2, P3 사이의 관계는 상기 제1 채널에 대한 채널 이득(이하, '제1 채널 이득')과 상기 제2 채널에 대한 채널 이득(이하, '제2 채널 이득')의 크기에 따라 변경될 수 있다.
이와 관련하여 먼저, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우에 대해 살펴보기로 한다.
상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 하기의 수학식 7과 같이 상기 제1 데이터 전송률이 상기 제2 데이터 전송률을 초과하도록 상기 제1 전송 전력 P1 및 상기 제2 전송 전력 P2 사이의 관계를 설정할 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00015
상기 수학식 7과 같이 상기 제1 전송 전력과 상기 제2 전송 전력 사이의 관계를 채널 이득에 의존하도록 설정함으로써, 채널 이득이 좋은 채널을 통해 많은 정보가 전송되도록 할 수 있다.
이에 더해, 하기의 수학식 8과 같이 상기 제1 데이터 전송률과 상기 제3 데이터 전송률이 서로 동일하도록 상기 제1 전송 전력 P1과 상기 제3 전송 전력 P3 사이의 관계를 설정할 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00016
상기 제1 전송 전력과 상기 제3 전송 전력 사이의 관계를 상기 수학식 8과 같이 설정함으로써, 중계기(120)가 제3 신호(121)를 제2 노드(130)로 전송할 때, 제1 노드(110)가 중계기(120)로 제1 신호(111)를 전송하는 경우와 동일한 채널 용량을 사용하기 때문에 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량 관점에서 큰 이득을 얻을 수 있다.
상기 수학식 7과 상기 수학식 8을 통해 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력 사이의 관계가 설정되면, 상기 수학식 7과 상기 수학식 8의 조건하에 상기 수학식 6을 만족하는 P1, P2, P3를 계산할 수 있다.
먼저, P1, P2, P3 사이의 관계를 간단히 나타내면, 하기의 수학식 9와 같다.
Figure 112008070876257-PAT00017
여기서, 상기 쌍방향 시스템의 시스템 용량 CSUM은 상기 수학식 3으로부터 계산할 수 있으므로, 상기 수학식 9의 조건을 이용하여 상기 수학식 3으로부터 CSUM을 계산하면, 상기 시스템 용량은 하기의 수학식 10으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00018
여기서, 노이즈 파워를 1로 가정하고, 상기 수학식 10에서 나타낸 CSUM을 상기 수학식 6에 적용하면, 하기의 수학식 11로 표현할 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00019
단,
Figure 112008070876257-PAT00020
,
Figure 112008070876257-PAT00021
,
Figure 112008070876257-PAT00022
,
Figure 112008070876257-PAT00023
,
Figure 112008070876257-PAT00024
상기 수학식 11을 만족하는 P1과 P2는 하기의 수학식 12와 같이 라그랑지안(Lagrangian) 함수를 통해 계산할 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00025
그리고, 상기 수학식 12에 나타낸 함수를 P1, P2에 따라 미분을 하면, 하기의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00026
Figure 112008070876257-PAT00027
여기서, 상기 수학식 13에 나타낸 미분식이 0이 될 때의 P1, P2 값이 상기 수학식 11을 만족하는 P1, P2 값이므로, 이를 이용하여 P1과 P2를 계산하면, 하기의 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00028
Figure 112008070876257-PAT00029
단,
Figure 112008070876257-PAT00030
여기서,
Figure 112008070876257-PAT00031
와
Figure 112008070876257-PAT00032
는 라인 서치(line search) 방법을 통해 조건에 합치되는 값을 손쉽게 획득할 수 있다.
또한, P3은 P1과 상기 수학식 8과 같은 관계를 갖기 때문에 상기 수학식 8로부터 계산할 수 있다.
이상으로, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 과정에 대해 설명하였다.
하지만 만약, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하지 않는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 상기 제2 데이터 전송률이 상기 제1 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제2 데이터 전송률과 상기 제4 데이터 전송률이 서로 동일하도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력 사이의 관계를 설정할 수 있다.
그리고 나서, 하기의 수학식 15에 따라, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량이 최대가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정할 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00033
단,
Figure 112008070876257-PAT00034
,
Figure 112008070876257-PAT00035
,
Figure 112008070876257-PAT00036
,
Figure 112008070876257-PAT00037
,
Figure 112008070876257-PAT00038
여기서, 상기 수학식 15를 만족하는 P1, P2, P3을 계산하면, 하기의 수학식 16으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00039
Figure 112008070876257-PAT00040
Figure 112008070876257-PAT00041
단,
Figure 112008070876257-PAT00042
이상으로, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법의 첫 번째 실시예에 대해 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법의 두 번째 실시예에 대해 살펴보기로 한다.
먼저, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량 CSUM은 하기의 수학식 17와 같이 선정된 고정 값인 경우로 가정한다.
Figure 112008070876257-PAT00043
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 상기 수학식 17의 조건 하에서 하기의 수학식 18을 만족하는 P1, P2, P3를 결정함으로써, 일정한 시스템 용량을 만족시키면서 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 합이 최소화 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정할 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00044
먼저, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우에 대해 살펴보기로 한다.
상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 상기 제1 전송 전력 P1, 상기 제2 전송 전력 P2 및 상기 제3 전송 전력 P3 사이의 관계를 상기 수학식 9와 같이 설정할 수 있다.
즉, 상기 제1 데이터 전송률이 상기 제2 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제1 데이터 전송률과 상기 제3 데이터 전송률이 서로 동일하도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력 사이의 관계를 설정할 수 있다.
상기 수학식 9에 나타난 P1, P2, P3 사이의 관계를 이용하여, 상기 수학식 17에 나타낸 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량은 하기의 수학식 19로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00045
또한, 상기 수학식 9에 나타난 P1, P2, P3 사이의 관계를 이용하여 상기 수학식 18은 하기의 수학식 20으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00046
단,
Figure 112008070876257-PAT00047
,
Figure 112008070876257-PAT00048
여기서, 상기 수학식 20을 만족하는 P1과 P2를 계산하기 위해, 라그랑지안 함수를 이용할 수 있다. 이때, 상기 라그랑지안 함수는 하기의 수학식 21로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00049
상기 수학식 21에서 나타낸 라그랑지안 함수를 P1과 P2로 각각 미분하면, 하 기의 수학식 22로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00050
Figure 112008070876257-PAT00051
여기서, 상기 수학식 20을 만족하는 P1과 P2는 상기 수학식 22의 미분식이 0이 될 때의 P1, P2를 계산함으로써 획득할 수 있다. 이때, 상기 수학식 22의 미분식이 0이 될 때의 P1과 P2는 하기의 수학식 23으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00052
Figure 112008070876257-PAT00053
또한, P3은 P1과 상기 수학식 8과 같은 관계를 갖기 때문에 상기 수학식 8로부터 계산할 수 있다.
이상으로, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 과정에 대해 설명하였다.
하지만 만약, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하지 않는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 상기 제2 데이터 전송률이 상기 제1 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제2 데이터 전송률과 상기 제4 데이터 전송률이 서로 동일하도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력 사이의 관계를 설정할 수 있다.
그리고 나서, 하기의 수학식 24에 따라, 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 합이 최소가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정할 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00054
단,
Figure 112008070876257-PAT00055
,
Figure 112008070876257-PAT00056
이때, 상기 수학식 24를 만족하는 P1, P2, P3을 계산하면, 하기의 수학식 25로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00057
Figure 112008070876257-PAT00058
Figure 112008070876257-PAT00059
이상으로, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법의 두 번째 실시 예에 대해 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법의 세 번째 실시예에 대해 살펴보기로 한다.
먼저, 제1 노드(110)로부터 제2 노드(130)로 신호가 전송되는 경우의 채널 용량 R1과 제2 노드(130)로부터 제1 노드(110)로 신호가 전송되는 경우의 채널 용량 R2는 하기의 수학식 26과 같이 각각 일정한 고정 값인 것으로 가정하자.
Figure 112008070876257-PAT00060
Figure 112008070876257-PAT00061
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 상기 수학식 26의 조건 하에서 상기 수학식 18을 만족하는 P1, P2, P3를 결정함으로써, 제1 노드(110)가 제2 노드(130)로 신호를 전송하는 경우의 QoS(Quality of Service)와 제2 노드(130)가 제1 노드(110)로 신호를 전송하는 경우의 QoS를 각각 보장하면서, 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 합이 최소가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정할 수 있다.
먼저, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우에 대해 살펴보기로 한다.
상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 상기 제1 전송 전력 P1, 상기 제2 전송 전력 P2 및 상기 제3 전송 전력 P3 사이의 관계를 상기 수학식 9와 같이 설정할 수 있다.
즉, 상기 제1 데이터 전송률이 상기 제2 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제1 데이터 전송률과 상기 제3 데이터 전송률이 서로 동일하도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력 사이의 관계를 설정할 수 있다.
이때, 상기 수학식 9에 나타난 P1, P2, P3 사이의 관계를 이용하여 상기 수학식 18은 하기의 수학식 27로 나타낼 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00062
단,
Figure 112008070876257-PAT00063
,
Figure 112008070876257-PAT00064
,
Figure 112008070876257-PAT00065
이때, 상기 제1 전송 전력과 상기 제2 전송 전력은 상기 수학식 27을 만족하는 P1, P2를 선형 프로그래밍(linear programming)을 이용하여 계산함으로써 획득할 수 있다.
또한, P3은 P1과 상기 수학식 8과 같은 관계를 갖기 때문에 상기 수학식 8로부터 계산할 수 있다.
이상으로, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 과정에 대해 설명하였다.
하지만 만약, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하지 않는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법은 상기 제2 데이터 전송률이 상기 제1 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제2 데이터 전송률과 상기 제4 데이터 전송률이 서로 동일하도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력 사이의 관계를 설정할 수 있다.
그리고 나서, 하기의 수학식 28에 따라, 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 합이 최소가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정할 수 있다.
Figure 112008070876257-PAT00066
단,
Figure 112008070876257-PAT00067
,
Figure 112008070876257-PAT00068
,
Figure 112008070876257-PAT00069
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법을 도시한 순서도이다.
단계(S210)에서는 제1 노드와 중계기 사이에 형성된 제1 채널에 대한 제1 채널 이득 및 제2 노드와 상기 중계기 사이에 형성된 제2 채널에 대한 제2 채널 이득을 측정한다,
여기서, 상기 제1 노드와 상기 중계기 및 상기 제2 노드는 쌍방향 중계 시스템을 형성한다.
단계(S220)에서는 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는지 여부를 판단한다.
만약, 단계(S220)의 판단 결과 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 것으로 판단된 경우, 제1 데이터 전송률이 제2 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제1 데이터 전송률과 제3 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량이 최대가 되도록 상기 제1 노드의 제1 전송 전력, 상기 제2 노드의 제2 전송 전력 및 상기 중계기의 제3 전송 전력을 결정한다.
여기서, 상기 제1 데이터 전송률은 상기 제1 노드가 상기 중계기에 대해 제1 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이고, 상기 제2 데이터 전송률은 상기 제2 노드가 상기 중계기에 대해 제2 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이며, 상기 제3 데이터 전송률은 상기 중계기가 상기 제2 노드에 대해 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률을 의미한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S230)에서는 상기 수학식 6 내지 8을 만족하도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 전송 전력과 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 합은 상기 수학식 5에서 나타낸 바와 같이 선정된 고정 값이 될 수 있다.
만약, 단계(S220)의 판단 결과, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하지 않는 것으로 판단된 경우, 단계(S240)에서 상기 제2 데이터 전송률이 상기 제1 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제2 데이터 전송률과 제4 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량이 최대가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 노드는 상기 중계기에 대해 제1 시간 슬롯을 이용하여 상기 제1 신호를 전송하고, 상기 제2 노드는 상기 중계기에 대해 상기 제1 시간 슬롯을 이용하여 상기 제2 신호를 전송하며, 상기 중계기는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 각각에 대해 제2 시간 슬롯을 이용하여 상기 제3 신호를 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 중계기는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 동시에 수신하면, 물리계층 네트워크 코딩 기법을 이용하여 상기 제3 신호를 생성한 후 상기 제3 신호를 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 전송할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법을 도시한 순서도이다.
단계(S310)에서는 제1 노드와 중계기 사이에 형성된 제1 채널에 대한 제1 채널 이득 및 제2 노드와 상기 중계기 사이에 형성된 제2 채널에 대한 제2 채널 이득을 측정한다.
여기서, 상기 제1 노드와 상기 중계기 및 상기 제2 노드는 쌍방향 중계 시스템을 형성한다.
단계(S320)에서는 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는지 여부를 판단한다.
만약, 단계(S320)의 판단 결과 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 것으로 판단된 경우, 제1 데이터 전송률이 제2 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제1 데이터 전송률과 제3 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 제1 노드의 제1 전송 전력과 상기 제2 노드의 제2 전송 전력 및 상기 제3 노드의 제3 전송 전력의 합이 최소가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정한다.
여기서, 상기 제1 데이터 전송률은 상기 제1 노드가 상기 중계기에 대해 제1 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이고, 상기 제2 데이터 전송률은 상기 제2 노드가 상기 중계기에 대해 제2 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이며, 상기 제3 데이터 전송률은 상기 중계기가 상기 제2 노드에 대해 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률을 의미한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S330)에서는 상기 수학식 7과 상기 수학식 8 및 상기 수학식 18을 만족하도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량은 상기 수학식 17에서 나타낸 바와 같이 선정된 고정 값이 될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 노드로부터 상기 제2 노드로 신호가 전송되는 경우의 채널 용량과 상기 제2 노드로부터 상기 제1 노드로 신호가 전송되는 경우의 채널 용량은 상기 수학식 26과 같이 각각 선정된 고정 값이 될 수 있다.
만약, 단계(S320)의 판단 결과, 상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하지 않는 것으로 판단된 경우, 단계(S340)에서 상기 제2 데이터 전송률이 상기 제1 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제2 데이터 전송률과 제4 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 제1 전송 전력과 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 합에 최소가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 노드는 상기 중계기에 대해 제1 시간 슬롯을 이용하여 상기 제1 신호를 전송하고, 상기 제2 노드는 상기 중계기에 대해 상기 제1 시간 슬롯을 이용하여 상기 제2 신호를 전송하며, 상기 중계기는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 각각에 대해 제2 시간 슬롯을 이용하여 상기 제3 신호를 전송할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 중계기는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 동시에 수신하면, 물리계층 네트워크 코딩 기법을 이용하여 상기 제3 신호를 생성한 후 상기 제3 신호를 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 전송할 수 있다.
본 발명에 따른 전송 전력 할당 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 명령 은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1는 본 발명의 일실시예에 따른 쌍방향 중계 시스템을 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 전송 전력 할당 방법을 도시한 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 제1 노드 120: 중계기 130: 제2 노드

Claims (11)

  1. 쌍방향 중계 시스템의 전송 전력 할당 방법에 있어서,
    제1 노드와 중계기 사이에 형성된 제1 채널에 대한 제1 채널 이득이 제2 노드와 상기 중계기 사이에 형성된 제2 채널에 대한 제2 채널 이득을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 제1 데이터 전송률이 제2 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제1 데이터 전송률과 제3 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량(sum rate)이 최대가 되도록 상기 제1 노드의 제1 전송 전력, 상기 제2 노드의 제2 전송 전력 및 상기 중계기의 제3 전송 전력을 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 데이터 전송률은 상기 제1 노드가 상기 중계기에 대해 제1 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이고, 상기 제2 데이터 전송률은 상기 제2 노드가 상기 중계기에 대해 제2 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이며, 상기 제3 데이터 전송률은 상기 중계기가 상기 제2 노드에 대해 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률인 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전송 전력과 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 합은 선정된(predetermined) 고정 값(fixed value)인 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하지 않는 경우, 상기 제2 데이터 전송률이 상기 제1 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제2 데이터 전송률과 제4 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량이 최대가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제4 데이터 전송률은 상기 중계기가 상기 제1 노드에 대해 상기 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률인 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 노드는 상기 중계기에 대해 제1 시간 슬롯을 이용하여 상기 제1 신호를 전송하고,
    상기 제2 노드는 상기 중계기에 대해 상기 제1 시간 슬롯을 이용하여 상기 제2 신호를 전송하며,
    상기 중계기는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 각각에 대해 제2 시간 슬롯 을 이용하여 상기 제3 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중계기는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신하면, 물리계층 네트워크 코딩 기법(physical-layer network coding)을 이용하여 상기 제3 신호를 생성한 후 상기 제3 신호를 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 전송하는 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  6. 쌍방향 중계 시스템의 전송 전력 할당 방법에 있어서,
    제1 노드와 중계기 사이에 형성된 제1 채널에 대한 제1 채널 이득이 제2 노드와 상기 중계기 사이에 형성된 제2 채널에 대한 제2 채널 이득을 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하는 경우, 제1 데이터 전송률이 제2 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제1 데이터 전송률과 제3 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 제1 노드의 제1 전송 전력과 상기 제2 노드의 제2 전송 전력 및 상기 중계기의 제3 전송 전력의 합이 최소가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 데이터 전송률은 상기 제1 노드가 상기 중계기에 대해 제1 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이고, 상기 제2 데이터 전송률은 상기 제2 노드가 상기 중계기에 대해 제2 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률이며, 상기 제3 데이터 전송률은 상기 중계기가 상기 제2 노드에 대해 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률인 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 쌍방향 중계 시스템의 시스템 용량은 선정된(predetermined) 고정 값(fixed value)인 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 채널 이득이 상기 제2 채널 이득을 초과하지 않는 경우, 상기 제2 데이터 전송률이 상기 제1 데이터 전송률을 초과하고, 상기 제2 데이터 전송률과 제4 데이터 전송률이 서로 동일하며, 상기 제1 전송 전력과 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력의 합이 최소가 되도록 상기 제1 전송 전력, 상기 제2 전송 전력 및 상기 제3 전송 전력을 결정하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 제4 데이터 전송률은 상기 중계기가 상기 제1 노드에 대해 상기 제3 신호를 전송하는 경우의 데이터 전송률인 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 노드는 상기 중계기에 대해 제1 시간 슬롯을 이용하여 상기 제1 신호를 전송하고,
    상기 제2 노드는 상기 중계기에 대해 상기 제1 시간 슬롯을 이용하여 상기 제2 신호를 전송하며,
    상기 중계기는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 각각에 대해 제2 시간 슬롯을 이용하여 상기 제3 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중계기는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호를 수신하면, 물리계층 네트워크 코딩 기법(physical-layer network coding)을 이용하여 상기 제3 신호를 생성한 후 상기 제3 신호를 상기 제1 노드와 상기 제2 노드에 전송하는 것을 특징으로 하는 전송 전력 할당 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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