KR20100042030A - Method and apparatus for cooperative communication for improving the bandwidth-efficiency - Google Patents

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KR20100042030A
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Abstract

PURPOSE: A method and an apparatus for cooperative communication for improving the bandwidth-efficiency are provided to reduce the time delay caused by a broadcast step while performing cooperative communication to obtain a diversity gain. CONSTITUTION: A transmitter(10) modulates transmission data by selectively using first and second DCM(Dual Carrier Modulation) constellation mapper, and a repeater(20) estimates the transmission data by using one or all symbol pairs of the signals transmitted from the transmitter. The repeater performs DCM modulation for the estimated signal, and a receiver(30) receives the signal transmitted from the transmitter and the repeater. The receiver estimates the transmission data from the received signal.

Description

주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법 및 장치{Method and apparatus for cooperative communication for improving the bandwidth-efficiency}Cooperative communication method and apparatus for improving frequency efficiency {Method and apparatus for cooperative communication for improving the bandwidth-efficiency}

본 발명은 중계 단말을 통해 통신 신뢰도를 높이고자하는 협동 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양방향 통신이 가능한 통신 시스템 기반의 단말 간 협동 전송에서 변복조 및 분산 시공간 부호화 기법에 관한 것이다. The present invention relates to a cooperative communication system for enhancing communication reliability through a relay terminal. More particularly, the present invention relates to a modulation / demodulation and distributed space-time encoding technique in a cooperative transmission based on a communication system capable of bidirectional communication.

무선 통신에서 하나의 안테나를 장착한 단말이라도 중계기의 도움을 통해 공간 다이버시티 이득을 얻도록 하는 협동 통신 방법은 저비용으로도 신뢰도 높은 통신 환경을 제공하며 거리 및 장애물에 의한 경로 손실을 줄일 수 있는 기술이다.The cooperative communication method, which allows a terminal equipped with one antenna to obtain spatial diversity gain through the aid of a repeater in wireless communication, provides a reliable communication environment at low cost and reduces path loss due to distance and obstacles. to be.

협동 통신은 송신기와 중계기 및 수신기로 구성되며, 수신기는 송신기와 중계기로부터 독립적인 경로를 통해 신호를 수신함으로써 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 하지만, 중계기는 송신기의 브로드캐스트(Broadcast)를 통해 신호를 받아야 하고 또 수신기가 분리 가능한 구성을 갖추어 수신기로 전달해야하는데, 이는 협동 통신에서 주파수 효율을 저하시키는 요인이 된다.Cooperative communication consists of a transmitter, a repeater, and a receiver, and the receiver can obtain diversity gain by receiving a signal through an independent path from the transmitter and the repeater. However, the repeater must receive a signal through the broadcast of the transmitter (transmitter) and must be delivered to the receiver with a detachable configuration, which is a factor in reducing the frequency efficiency in the cooperative communication.

기존의 방식 중 가장 효율적인 방법은 알라무티(Alamouti)의 시공간 블록 부호를 협동 통신에 접목하여 순수 브로드캐스트 단계를 줄이는 것인데, 그 절차는 다음의 3 단계로 이루어진다. 제1 단계는 브로드캐스트 단계로서, 송신기는 신호 X1을 중계기와 수신기로 전송한다. 제2 및 제3 단계는 브로드캐스트와 협동 전송의 혼합 단계로서, 다음과 같이 알라무티의 시공간 블록 부호를 구성하여 전송하게 된다. 이는 수신기가 두 신호를 분리할 수 있게 하는 동시에 다이버시티 이득을 얻게 한다. 제2 단계에서, 송신기는 신호 X2를 중계기와 수신기로 전송하고, 중계기는 이 신호를 수신하는 동시에 전 단계에서 받은 신호 X1를 추정하여 수신기로 전송한다. 제3 단계에서, 송신기는 신호 -X* 1을 전송하고, 중계기는 전 단계에서 받은 신호 X2를 추정한 후에, 신호 X2 켤레 복소수(Conjugate)인 신호 X* 2를 수신기로 전송한다.The most efficient of the existing methods is to combine Alamouti's space-time block code with cooperative communication to reduce the pure broadcast step. The procedure consists of the following three steps. The first stage is a broadcast stage, in which the transmitter transmits a signal X 1 to the repeater and the receiver. The second and third stages are a mixture of broadcast and cooperative transmission, and configure and transmit the space-time block code of Alamouti as follows. This allows the receiver to separate the two signals while at the same time gaining diversity gain. In the second step, the transmitter transmits the signal X 2 to the repeater and the receiver, and the repeater simultaneously receives the signal and estimates the signal X 1 received in the previous step and transmits it to the receiver. In a third step, the transmitter transmits a signal -X * 1, the repeater then estimates the received signal X 2 in the previous step, and sends a signal X 2 * X 2 signal complex conjugate (Conjugate) to the receiver.

그런데, 이러한 알라무티(Alamouti)의 시공간 블록 부호를 협동 통신에 접목하는 경우에는, 세 단계 동안 두 개의 신호 밖에 보내지 못하기에 여전히 전송률이 2/3로 저하되는 단점이 있다. 이는 다이버시티 이득으로 상쇄될 수 있지만, 주파수 효율이 저하되어 협동 통신의 이점이 줄어들게 된다.However, in the case of incorporating Alamouti's space-time block code into cooperative communication, the transmission rate is still reduced to 2/3 because only two signals are transmitted during three steps. This can be offset by diversity gain, but the frequency efficiency is lowered, reducing the benefits of cooperative communication.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 양방향 통신이 가능한 통신 시스템에서 단일 안테나를 장착한 기기들이 다이버시티 이득을 얻기 위해 협동 통신을 하면서도 브로드캐스트 단계로 인한 지연시간을 줄임으로써 주파수 낭비를 최소화 시킬 수 있는 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법 및 장치를 제공하는데 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to minimize the waste of frequency by reducing the delay caused by the broadcast step while the devices equipped with a single antenna in the bidirectional communication communication system to achieve the diversity gain cooperative communication To provide a cooperative communication method and apparatus for improving frequency efficiency.

상기의 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법은 송신기에서 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼(Dual Carrier Modulation Constellation Mapper)를 선택적으로 사용하여, 전송 데이터를 변조한 후에 중계기 및 수신기로 전송하는 단계; 상기 중계기에서 상기 전송된 신호의 DCM 심볼쌍 중 하나 또는 상기 DCM 심볼쌍 모두를 사용하여 상기 전송 데이터를 추정하고, 상기 추정된 신호를 DCM 변조하여 상기 수신기로 전송하는 단계; 및 상기 수신기에서 상기 송신기 및 상기 중계기로부터 전송된 신호를 각각 수신하여, 상기 수신된 신호들로부터 상기 전송 데이터를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the cooperative communication method for improving the frequency efficiency according to the present invention selectively modulates the transmission data after using the first and second DCM constellation mapper (Dual Carrier Modulation Constellation Mapper) in the transmitter And transmitting to a receiver; Estimating the transmission data using one of the DCM symbol pairs or all of the DCM symbol pairs of the transmitted signal at the repeater, and performing DCM modulation on the estimated signal to transmit to the receiver; And receiving signals transmitted from the transmitter and the repeater at the receiver, respectively, and estimating the transmission data from the received signals.

상기의 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법의 또다른 예는 송신기가 신호 X1을 중계기와 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 송신기로부터 수신한 상기 신호 X1을 추정하는 단계; 상기 송신기가 신호 -X* 3을 중계기와 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 상기 수신한 신호 -X* 3로부터 X3 를 추정하고, 상기 추정된 신호 X3를 복조한 후에 X4로 재변조하고, 또한, 이전 단계에서 추정된 상기 신호 X1 의 켤레 복소수 X* 1을 상기 수신기로 전송하는 단계; 상기 송신기가 신호 X2를 상기 중계기와 상기 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 이전 단계에서 수신한 상기 신호 X1과 상기 송신기로부터 수신하는 상기 신호 X2를 이용하여 상기 신호 X2를 추정하고, 또한 상기 중계기가 두번째 단계에서 재변조된 신호 X4를 상기 수신기로 전송하는 단계; 상기 송신기가 신호 -X* 4를 상기 중계기와 상기 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 이전 단계에서 수신한 상기 신호 -X* 3와 상기 신호 -X* 4를 이용하여 상기 신호 X3 를 추정하고, 또한, 이전 단계에서 추정된 상기 신호 X2의 켤레 복소수 X* 2를 상기 수신기로 전송하는 단계; 및 상기 송신기가 다시 상기 신호 X1을 상기 중계기와 상기 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 이전 단계에서 추정된 상기 신호 X3를 상기 수신기로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, another example of the cooperative communication method for improving the frequency efficiency according to the present invention is that the transmitter transmits a signal X 1 to the repeater and the receiver, the repeater estimates the signal X 1 received from the transmitter Making; The transmitter transmits a signal -X * 3 to the repeater and the receiver, after the relay has assumed the received signal from the -X * 3 X 3, and demodulating the estimated signal X 3 X 4 as a modulation material, and In addition, transmitting the complex conjugate X * 1 of the signal X 1 estimated in the previous step to the receiver; The transmitter transmits a signal X 2 to the repeater and the receiver, estimates the signal X 2 using the signal X 1 received by the repeater in the previous step and the signal X 2 received from the transmitter, and Transmitting, by the repeater, the remodulated signal X 4 to the receiver in a second step; The transmitter transmits a signal -X * 4 to the repeater with the receiver, to the use of the repeater the signal * -X 3 and -X * 4 The signal received in the previous step, and estimates the signal X 3, In addition, transmitting the complex conjugate X * 2 of the signal X 2 estimated in the previous step to the receiver; And transmitting, by the transmitter, the signal X 1 to the repeater and the receiver again, and the repeater transmitting the signal X 3 estimated in the previous step to the receiver.

상기의 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신장치는 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼(Dual Carrier Modulation Constellation Mapper)를 선택적으로 사용하여, 전송 데이터를 변조한 후에 전송하는 송신기; 상 기 송신기에서 전송된 신호의 DCM 심볼쌍 중 하나 또는 상기 DCM 심볼쌍 모두를 사용하여 상기 전송 데이터를 추정하고, 상기 추정된 신호를 DCM 변조하여 전송하는 중계기; 및 상기 송신기 및 상기 중계기로부터 전송된 신호를 각각 수신하여, 상기 수신된 신호들로부터 상기 전송 데이터를 추정하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a cooperative communication apparatus for improving frequency efficiency according to the present invention selectively uses a first and second DCM constellation mapper (DCM) constellation mapper, a transmitter for transmitting after modulating the transmission data ; A repeater for estimating the transmission data using one of the DCM symbol pairs of the signal transmitted from the transmitter or all of the DCM symbol pairs, and performing DCM modulation on the estimated signal; And a receiver for receiving the signals transmitted from the transmitter and the repeater, respectively, and estimating the transmission data from the received signals.

본 발명에 의하면, 기존 협동 통신 방법과는 달리 브로드캐스트 단계의 빈도수를 줄이면서도 기존의 방식과 비슷한 수준의 다이버시티 이득을 얻음으로써 채널상황이 열악한 통신 시스템에서 저전력, 저비용으로도 신뢰도 높은 초고속 통신을 가능하게 하는 효과가 있다.According to the present invention, unlike the existing cooperative communication method, while reducing the frequency of the broadcast stage and obtaining a diversity gain similar to the existing method, high-speed communication at high power and low reliability at low power and low cost in a poor communication channel system is achieved. It has the effect of enabling it.

이하, 본 발명에 의한 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a cooperative communication method for improving frequency efficiency according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

실제 협동 통신 시스템에서는 심볼 단위로 하지 않고 프레임 단위로 협동 통신이 실행된다. 하지만 아래에서는 설명의 편이와 간략함을 위해 프레임 단위 대신에 심볼 단위로 설명을 진행한다. 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 아래와 같은 본 발명에 따른 동작을 심볼을 사용하여 실시한 설명을 참조하여 프레임 단위로 확장하는 것은 간단한 작업이므로 그에 대한 별도의 설명은 하지 않을 것이다.In the actual cooperative communication system, cooperative communication is performed in units of frames instead of units of symbols. However, the following description will be made in symbol units instead of frame units for convenience and simplicity. Those skilled in the art to which the present invention pertains extend the operation according to the following frame by frame with reference to the following description using a symbol, so it will not be described separately.

도 1은 본 발명에 따른 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신장치의 구성을 블 록으로 도시한 것으로, 송신기(10), 중계기(20) 및 수신기(30)로 구성된다. 한편, 도 2는 본 발명에 따른 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법의 플로차트이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a cooperative communication apparatus for improving frequency efficiency according to the present invention, and includes a transmitter 10, a repeater 20, and a receiver 30. 2 is a flowchart of a cooperative communication method for improving frequency efficiency according to the present invention.

먼저, 송신기(10)는 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼(Dual Carrier Modulation Constellation Mapper)를 선택적으로 사용하여, 전송 데이터를 변조한 후에 신호를 중계기(20) 및 수신기(30)로 전송한다(제100 단계). 제100 단계 후에, 중계기(20)는 송신기(10)에서 전송된 신호의 DCM 심볼쌍 중 하나 또는 DCM 심볼쌍 모두를 사용하여 전송 데이터를 추정하고, 추정된 신호를 DCM 변조하여 수신기(30)로 전송한다(제102 단계). 제102 단계 후에, 수신기(30)는 송신기(10) 및 중계기(20)로부터 전송된 신호를 각각 수신하여, 수신된 신호들로부터 전송 데이터를 추정한다(제104 단계).First, the transmitter 10 selectively uses the first and second DCM constellation mapper to transmit a signal to the repeater 20 and the receiver 30 after modulating the transmission data (the second). 100 steps). After step 100, the repeater 20 estimates transmission data using one or all DCM symbol pairs of the signal transmitted from the transmitter 10, and DCM modulates the estimated signal to the receiver 30. Transmit (step 102). After step 102, the receiver 30 receives signals transmitted from the transmitter 10 and the repeater 20, respectively, and estimates transmission data from the received signals (step 104).

본 발명에 따른 도 1의 각 구성요소 및 도 2의 각 단계의 동작은 이하에서 상세하게 설명된다. Operation of each component of FIG. 1 and each step of FIG. 2 in accordance with the present invention is described in detail below.

도 3은 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼가 사용하는 각각의 성상도를 나타낸 도면이다. 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼에 네 개의 비트가 각각 입력되면 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼를 통해 두 개의 DCM 심볼이 생성되고, 이는 멀리 떨어진 부반송파에 실리게 된다.3 is a diagram illustrating respective constellations used by the first and second DCM constellation mappers. When four bits are respectively input to the first and second DCM constellation mappers, two DCM symbols are generated through the first and second DCM constellation mappers, which are carried on a far subcarrier.

본 발명에서는 도 3에 도시된 성상도를 기반으로 하는 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼를 기존의 용법과는 다르게 사용한다. 도 4는 일반적인 DCM 심볼쌍과 새롭게 정의한 광의의 DCM 심볼쌍을 나타낸 도면이다. 일반적인 DCM 심볼쌍의 경우, 같은 입력 비트를 통해 변조된 두 개의 DCM 심볼을 DCM 심볼쌍으로 규정하고 있는데 반 해, 광의의 DCM 심볼쌍은 제1 DCM 성상 맵퍼를 통해 변조된 심볼 전체와 제2 DCM 성상 맵퍼를 통해 변조된 심볼 전체를 묶어서 쌍을 구성한 것을 의미한다. 이 후에 언급되는 DCM 심볼쌍은 광의의 DCM 심볼쌍을 의미한다.In the present invention, the first and second DCM constellation mappers based on the constellations shown in FIG. 3 are used differently from conventional applications. 4 is a diagram illustrating a general DCM symbol pair and a newly defined broad DCM symbol pair. In the general DCM symbol pair, two DCM symbols modulated through the same input bit are defined as DCM symbol pairs, whereas a broad DCM symbol pair is defined as the entire symbol and the second DCM modulated by the first DCM constellation mapper. It means that a pair is formed by grouping all modulated symbols through the constellation mapper. The DCM symbol pair referred to hereafter means a broad DCM symbol pair.

DCM은 DCM 심볼쌍 모두를 사용해 복조를 할 경우(전체정보를 이용한 복조)에 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)와 동일한 비트 에러율을 보인다. 한편, 각 DCM 심볼은 기본적으로 16-QAM의 성격을 갖고 있기 때문에 두 개의 DCM 심볼쌍 중 하나만으로도 복조(부분정보를 이용한 복조)가 가능하다는 특징이 있는데, 이때의 비트 에러율은 Gray-coded 16-QAM보다 다소 높아지게 된다. 본 발명에서는 이 특징을 활용하여, 다음의 분산 시공간 블록 부호를 구성해 순수 브로드캐스트 단계의 빈도수를 줄인다.DCM shows the same bit error rate as Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) when demodulating using both DCM symbol pairs (demodulation using full information). On the other hand, since each DCM symbol basically has the characteristics of 16-QAM, demodulation (demodulation using partial information) can be performed using only one pair of two DCM symbols. In this case, the bit error rate is Gray-coded 16-. It is somewhat higher than QAM. In the present invention, utilizing this feature, the following distributed space-time block codes are constructed to reduce the frequency of pure broadcast steps.

도 5는 본 발명에 따른 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법의 각 단계를 구체적으로 표현한 플로차트이다. 한편, 도 6은 본 발명에 따른 단계별 송신기, 중계기, 수신기의 역할을 나타낸 도면이다. 이하, 도 5 및 도 6의 내용을 다음의 수학식 1에 기재된 내용과 함께 설명한다.5 is a flowchart specifically illustrating each step of the cooperative communication method for improving frequency efficiency according to the present invention. On the other hand, Figure 6 is a view showing the role of a step-by-step transmitter, repeater, receiver according to the present invention. Hereinafter, the contents of FIGS. 5 and 6 will be described together with the contents described in Equation 1 below.

Figure 112008071766874-PAT00001
Figure 112008071766874-PAT00001

여기서, 수학식 1의 첫째 열과 둘째 열은 각각 송신기(10)와 중계기(20)가 전송하는 심볼을 나타내며, 각 행은 협동 통신의 단계를 의미하는 것으로 5 단계로 구성된다. 첫 번째 단계는 순수 브로드캐스트 단계이며, 그 후의 단계는 브로드캐스트와 협동 전송의 혼합 단계이다.Here, the first column and the second column of Equation 1 represent symbols transmitted by the transmitter 10 and the repeater 20, respectively, and each row represents a step of cooperative communication. The first stage is a pure broadcast stage, and the subsequent stage is a mix of broadcast and cooperative transmission.

먼저, 첫번째 단계로서, 송신기는 신호 X1을 중계기(20)와 수신기(30)로 전송하고, 중계기(20)는 송신기(10)로부터 수신한 신호 X1 을 추정한다(제200 단계). First, as a first step, the transmitter transmits the signal X 1 to the repeater 20 and the receiver 30, and the repeater 20 estimates the signal X 1 received from the transmitter 10 (step 200).

두번째 단계로서, 송신기(10)는 신호 -X* 3을 중계기(20)와 수신기(30)로 전송하고, 중계기(20)는 송신기(10)로부터 수신하는 신호 -X* 3로부터 X3를 추정하고, 추정된 신호 X3를 복조한 후에 신호 X4로 재변조한다. 또한, 중계기(20)는 첫번째 단계에서 추정한 신호 X1 의 켤레 복소수 X* 1을 수신기(30)로 전송한다(제202 단계).As a second step, the transmitter 10 transmits a signal -X * 3 to the repeater 20 and the receiver 30, and the repeater 20 estimates X 3 from the signal -X * 3 received from the transmitter 10. The demodulated signal X 3 is demodulated and then remodulated to signal X 4 . In addition, the repeater 20 transmits the complex conjugate X * 1 of the signal X 1 estimated in the first step to the receiver 30 (step 202).

세번째 단계로서, 송신기(10)는 신호 X2를 중계기(20)와 수신기(30)로 전송하고, 중계기(20)는 첫번째 단계에서 수신한 신호 X1과 송신기(10)로부터 수신하는 신호 X2를 이용하여 신호 X2를 추정하고, 또한, 중계기(20)는 두번째 단계에서 변조된 신호 X4를 수신기(30)로 전송한다(제204 단계).As a third step, the transmitter 10 transmits a signal X 2 to the repeater 20 and the receiver 30, and the repeater 20 receives the signal X 1 received in the first step and the signal X 2 received from the transmitter 10. Estimates the signal X 2 by using the signal, and the repeater 20 transmits the signal X 4 modulated in the second step to the receiver 30 (step 204).

네번째 단계로서, 송신기(10)는 신호 -X* 4를 중계기(20)와 수신기(30)로 전송하고, 중계기(20)는 두번째 단계에서 수신한 신호 -X* 3와 송신기(10)로부터 수신 하는 신호 -X* 4를 이용하여 신호 X3 를 추정한다. 또한, 중계기(20)는 세번째 단계에서 추정된 신호 X2의 켤레 복소수 X* 2를 수신기(30)로 전송한다(제206 단계).As a fourth step, the transmitter 10 transmits the signal -X * 4 to the repeater 20 and the receiver 30, and the repeater 20 receives the signal -X * 3 received from the second step and the transmitter 10 from the second stage. The signal X 3 is estimated using the signal -X * 4 . In addition, the repeater 20 transmits the complex conjugate X * 2 X 2 of the signal estimated in the third step in the receiver 30 (the step 206).

다섯번째 단계로서, 송신기(10)는 다시 신호 X1을 중계기(20)와 수신기(30)로 전송하고, 중계기(20)는 네번째 단계에서 추정된 신호 X3를 수신기(30)로 전송한다 (제208 단계).As a fifth step, the transmitter 10 again transmits a signal X 1 to the repeater 20 and the receiver 30, and the repeater 20 transmits the signal X 3 estimated in the fourth step to the receiver 30 ( Step 208).

여기서 주목할 점은 두 가지이다. 첫째로, 수학식1의 두 번째 행과 다섯 번째 행, 세 번째 행과 네 번째 행은 각각 알라무티의 시공간 블록 부호를 형성한다는 것이다. 따라서 수신기(30)에서는 다이버시티 이득을 얻으면서도 동시에 들어오는 두 신호를 분리할 수 있다. 두번째로, 제202 단계에서 중계기(20)는 신호 X1 과 신호 X4를 전송하기 위해 DCM 심볼쌍 중 하나만 이용하여 신호를 추정하는 반면에, 제206 단계에서는 기존에 수신한 심볼들을 저장하고 있다가 해당 DCM 심볼쌍을 모두 이용하여 신호를 추정하여, 추정된 신호를 수신기(30)로 전송한다는 것이다. 이는 본 발명으로 인해 다섯 단계 동안 네 개의 심볼을 전송함으로써, 전송률은 4/5로 기존의 2/3보다 1.2배 향상되도록 하는 것이다. 비록 제202 단계와 제204 단계에서 DCM 심볼쌍 중 하나만 이용하여 신호를 추정하기 때문에 성능이 다소 열화될 수 있으나, 실제 협동 통신에 적용될 경우 채널 코딩 및 적응 협동 통신 기법 등을 이용한다면 그 손실을 줄일 수 있다.There are two things to note here. First, the second and fifth rows, third and fourth rows of Equation 1 form the space-time block code of Alamouti, respectively. Accordingly, the receiver 30 may separate two signals simultaneously while obtaining diversity gain. Second, in step 202, the repeater 20 estimates a signal using only one pair of DCM symbols to transmit signals X 1 and X 4 , while in step 206 stores the previously received symbols. Estimates the signal using all of the corresponding DCM symbol pairs and transmits the estimated signal to the receiver 30. This means that by transmitting four symbols during five steps, the present invention allows the rate to be 4/5, which is 1.2 times higher than the existing 2/3. Although the performance may be slightly degraded since the signals are estimated using only one of the DCM symbol pairs in steps 202 and 204, the loss may be reduced by using channel coding and adaptive cooperative communication techniques when applied to actual cooperative communication. Can be.

제200 단계 내지 제208 단계에서 중계기(20)가 수신한 신호를 주파수 축에서 보면 다음과 같다. Looking at the signal received by the repeater 20 in steps 200 through 208 on the frequency axis is as follows.

Figure 112008071766874-PAT00002
Figure 112008071766874-PAT00002

여기서, HSR은 송신기-중계기 채널의 주파수 응답이고, WR,i는 i단계에서 중계기의 노이즈 성분이다. Where H SR is the frequency response of the transmitter-relay channel and W R, i is the noise component of the repeater in step i.

중계기가 HSR를 완벽히 안다고 가정하면, 각 단계에서 다음과 같이 송신기의신호를 추정한다.Assuming that the repeater knows the H SR completely, at each step, the transmitter's signal is estimated as follows.

Figure 112008071766874-PAT00003
Figure 112008071766874-PAT00003

여기서

Figure 112008071766874-PAT00004
은 중계기에서 추정한 송신기의 신호를 의미하며, 송신기-중계 기 채널의 SNR(Signal-to-Noise Ratio)이 충분히 높다고 가정하면
Figure 112008071766874-PAT00005
는 Xi와 같아진다.here
Figure 112008071766874-PAT00004
Denotes the signal of the transmitter estimated by the repeater, assuming that the signal-to-noise ratio (SNR) of the transmitter-relay channel is high enough.
Figure 112008071766874-PAT00005
Is equal to X i .

한편, 수신기가 각 단계에 송신기와 중계기로부터 받은 신호를 주파수 축에서 표현하면 다음과 같다.On the other hand, if the receiver expresses the signal received from the transmitter and repeater in each step in the frequency axis is as follows.

Figure 112008071766874-PAT00006
Figure 112008071766874-PAT00006

여기서, HSD은 송신기-수신기 채널의 주파수 응답이고, HRD은 중계기-수신기 채널의 주파수 응답이며, WD,i는 i단계에서 수신기의 노이즈 성분이다. Where H SD is the frequency response of the transmitter-receiver channel, H RD is the frequency response of the repeater-receiver channel, and W D, i is the noise component of the receiver in step i.

수신기가 각 채널을 완벽히 안다고 가정하면 다음과 같이 원 신호를 추정하게 된다.Assuming that the receiver knows each channel perfectly, the original signal is estimated as follows.

Figure 112008071766874-PAT00007
Figure 112008071766874-PAT00007

도 7부터 도 10까지는 본 발명에 따른 성능 향상을 보여주는 그래프이며 여기서 세로축은 비트 에러율이다. 모의 실험에서, 시간 및 주파수 동기와 채널 추정은 완벽하다고 가정하였으며, 송신기-수신기 채널의 신호 대 잡음비와 중계기-수신기 채널의 신호 대 잡음비는 동일하다고 가정하였다. 또한, 공정한 비교를 위하여, 송신기와 중계기는 각각 비 협동통신인 경우에 사용하는 전송 파워의 반을 사용함을 가정하였다. 7 to 10 are graphs showing the performance improvement according to the present invention, where the vertical axis is the bit error rate. In the simulation, the time and frequency synchronization and channel estimation are assumed to be perfect, and the signal-to-noise ratio of the transmitter-receiver channel and the repeater-receiver channel are assumed to be the same. In addition, for a fair comparison, it is assumed that the transmitter and the repeater each use half of the transmission power used in the case of non-cooperative communication.

도 7은 레일레이(Rayleigh) 채널 모델에서 변조기법 및 송신 안테나의 개수에 따라 비트 에러율을 비교한 그래프이다. 도 7은 레일레이 채널 모델에서 안테나가 1개 또는 2개인 경우, QPSK, Gray-coded 16-QAM, 두 번 반복 수신한 Gray-coded 16-QAM, DCM을 부분정보만 이용하여 복조한 경우, 그리고 DCM을 전체정보를 이용하여 복조한 경우의 비트 에러율을 보여준다. QPSK와 전체정보를 이용하여 복조한 경우의 DCM의 성능이 같으며, 두 번 반복 수신한 Gray-coded 16-QAM보다 비트 에러율 성능이 좋음을 알 수 있다. 또한 DCM을 부분정보만 이용하여 복조한 경우는 Nongray-coded 16-QAM과 마찬가지이므로, Gray-coded 16-QAM 보다 비트 에러율이 다소 높은 것을 확인할 수 있다. 7 is a graph comparing bit error rates according to a modulation technique and the number of transmitting antennas in a Rayleigh channel model. 7 illustrates a case in which one or two antennas are used in a Rayleigh channel model, QPSK, gray-coded 16-QAM, gray-coded 16-QAM received twice, and demodulation using only partial information, and Shows the bit error rate when DCM is demodulated using full information. The performance of DCM in demodulation using QPSK and total information is the same, and the bit error rate performance is better than the gray-coded 16-QAM received twice. In addition, since the demodulation using only partial information is the same as that of the nongray-coded 16-QAM, the bit error rate is slightly higher than that of the gray-coded 16-QAM.

도 8부터 도 10까지는 레일레이 채널 모델에서 QPSK와 16-QAM을 사용한 기존 협동 통신 방식과 DCM을 사용한 발명된 협동 통신 방식의 비트 에러율을 보여주는데, 각 전송 방식에 따른 전송률(=심볼율*코드율)은 각각 4/3(=2*2/3), 8/3(=4*2/3), 8/5(=2*4/5)이다. 8 to 10 show bit error rates of the existing cooperative communication method using QPSK and 16-QAM and the inventive cooperative communication method using DCM in the Rayleigh channel model, and the transmission rate (= symbol rate * code rate according to each transmission method). ) Are 4/3 (= 2 * 2/3), 8/3 (= 4 * 2/3), and 8/5 (= 2 * 4/5), respectively.

도 8은 레일레이 채널 모델에서 기존 협동 통신 방식과 본 발명의 협동 통신 방식의 비트 에러율을 S-R gain에 따라 비교한 그래프이다. 여기서, S-R gain은 송신기-중계기 채널 SNR과 송신기-수신기 채널 SNR과의 차에 해당하는 것으로, 도 8은 이러한 S-R gain에 따른 비트 에러율을 나타낸다. 8 is a graph comparing bit error rates of the existing cooperative communication scheme and the cooperative communication scheme of the present invention according to the S-R gain in the Rayleigh channel model. Here, the S-R gain corresponds to the difference between the transmitter-relay channel SNR and the transmitter-receiver channel SNR, and FIG. 8 shows the bit error rate according to the S-R gain.

도 9는 레일레이 채널 모델에서 기존 협동 통신 방식과 본 발명의 협동 통신 방식의 비트 에러율을 송신기-중계기 채널 SNR에 따라 비교한 그래프이다. FIG. 9 is a graph comparing bit error rates of a conventional cooperative communication scheme and a cooperative communication scheme of the present invention according to a transmitter-relay channel SNR in a Rayleigh channel model.

도 10은 레일레이 채널 모델에서 비협동 통신 방식, 기존 협동 통신 방식, 그리고 본 발명의 협동 통신 방식의 비트 에러율을 송신기-수신기 채널 SNR에 따라 비교한 그래프이다. 도 10은 송신기-수신기 채널 SNR이 20 dB 인 경우의 비트 에러율을 보여준다. 기존 전송 방식에 16-QAM을 사용한 경우, 전송률은 높지만 비트 에 러율이 매우 좋지 않은 반면에, 발명된 협동 전송 방식은 기존 전송 방식에 QPSK를 사용한 경우와 비슷한 비트 에러율 성능이 가능하면서도 전송률이 1.2배 높다. 송신기-중계기 채널 SNR만 충분히 확보가 된다면(이상적 중계기의 경우), 본 발명의 협동 통신 방법이 순수 브로드캐스트 단계의 빈도수를 줄임으로써 주파수 효율을 높이는 동시에, 기존의 방식과 비슷한 신뢰성을 협동 다이버시티를 통해 얻을 수 있다.10 is a graph comparing bit error rates of a non-cooperative communication scheme, a conventional cooperative communication scheme, and a cooperative communication scheme of the present invention according to a transmitter-receiver channel SNR in the Rayleigh channel model. 10 shows the bit error rate when the transmitter-receiver channel SNR is 20 dB. When 16-QAM is used for the existing transmission scheme, the bit rate is high but the bit error rate is very poor, whereas the cooperative transmission scheme invented provides a bit error rate performance similar to that of using QPSK for the conventional transmission scheme, but has a 1.2 times the transmission rate. high. If only the transmitter-relay channel SNR is secured enough (in the case of an ideal repeater), the cooperative communication method of the present invention improves the frequency efficiency by reducing the frequency of the pure broadcast step, and at the same time provides cooperative diversity with similar reliability. You can get it through

한편, 상술한 본 발명의 방법 발명은 컴퓨터에서 읽을 수 있는 코드/명령들(instructions)/프로그램으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 이용하여 상기 코드/명령들/프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체는 마그네틱 저장 매체(예를 들어, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크, 마그네틱 테이프 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장 매체를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드를 내장하는 매체(들)로서 구현되어, 네트워크를 통해 연결된 다수개의 컴퓨터 시스템들이 분배되어 처리 동작하도록 할 수 있다. 본 발명을 실현하는 기능적인 프로그램들, 코드들 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 프로그래머들에 의해 쉽게 추론될 수 있다.Meanwhile, the above-described method invention of the present invention may be implemented by computer readable codes / instructions / programs. For example, it may be implemented in a general-purpose digital computer for operating the code / instructions / program using a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may be a magnetic storage medium (eg, ROM, floppy disk, hard disk, magnetic tape, etc.), optical reading medium (eg, CD-ROM, DVD, etc.) and carrier wave (eg Storage media, such as through the Internet). In addition, embodiments of the present invention may be implemented as a medium (s) containing computer readable code, such that a plurality of computer systems connected through a network may be distributed and processed. Functional programs, codes and code segments for realizing the present invention can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.

이러한 본원 발명인 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균 등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Such a cooperative communication method and apparatus for improving the frequency efficiency of the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings for clarity, but this is only illustrative, and those skilled in the art have various modifications therefrom. And other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

도 1은 본 발명에 따른 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신장치의 구성을 블록으로 도시한 것이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a cooperative communication apparatus for improving frequency efficiency according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법의 플로차트이다.2 is a flowchart of a cooperative communication method for improving frequency efficiency according to the present invention.

도 3은 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼가 사용하는 각각의 성상도를 나타낸 도면이다.3 is a diagram illustrating respective constellations used by the first and second DCM constellation mappers.

도 4는 일반적인 DCM 심볼쌍과 새롭게 정의한 광의의 DCM 심볼쌍을 비교한 도면이다.4 is a diagram comparing a general DCM symbol pair with a newly defined broad DCM symbol pair.

도 5는 본 발명에 따른 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법의 각 단계를 구체적으로 표현한 플로차트이다.5 is a flowchart specifically illustrating each step of the cooperative communication method for improving frequency efficiency according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 단계별 송신기, 중계기, 수신기의 역할을 나타낸 도면이다.6 is a view showing the role of a step-by-step transmitter, repeater, receiver according to the present invention.

도 7은 레일레이 채널 모델에서 변조기법 및 송신 안테나의 개수에 따라 비트 에러율을 비교한 그래프이다.7 is a graph comparing bit error rates according to a modulation technique and the number of transmit antennas in a Rayleigh channel model.

도 8은 레일레이 채널 모델에서 기존 협동 통신 방식과 본 발명의 협동 통신 방식의 비트 에러율을 S-R gain에 따라 비교한 그래프이다.8 is a graph comparing bit error rates of the existing cooperative communication scheme and the cooperative communication scheme of the present invention according to the S-R gain in the Rayleigh channel model.

도 9는 레일레이 채널 모델에서 기존 협동 통신 방식과 본 발명의 협동 통신 방식의 비트 에러율을 송신기-중계기 채널 SNR에 따라 비교한 그래프이다.FIG. 9 is a graph comparing bit error rates of a conventional cooperative communication scheme and a cooperative communication scheme of the present invention according to a transmitter-relay channel SNR in a Rayleigh channel model.

도 10은 레일레이 채널 모델에서 비협동 통신 방식, 기존 협동 통신 방식, 그리고 본 발명의 협동 통신 방식의 비트 에러율을 송신기-수신기 채널 SNR에 따라 비교한 그래프이다.10 is a graph comparing bit error rates of a non-cooperative communication scheme, a conventional cooperative communication scheme, and a cooperative communication scheme of the present invention according to a transmitter-receiver channel SNR in the Rayleigh channel model.

Claims (5)

송신기에서 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼(Dual Carrier Modulation Constellation Mapper)를 선택적으로 사용하여, 전송 데이터를 변조한 후에 중계기 및 수신기로 전송하는 단계; Selectively using the first and second Dual Carrier Modulation Constellation Mapper at the transmitter, modulating the transmission data and then transmitting it to the repeater and the receiver; 상기 중계기에서 상기 전송된 신호의 DCM 심볼쌍 중 하나 또는 상기 DCM 심볼쌍 모두를 사용하여 상기 전송 데이터를 추정하고, 상기 추정된 신호를 DCM 변조하여 상기 수신기로 전송하는 단계; 및 Estimating the transmission data using one of the DCM symbol pairs or all of the DCM symbol pairs of the transmitted signal at the repeater, and performing DCM modulation on the estimated signal to transmit to the receiver; And 상기 수신기에서 상기 송신기 및 상기 중계기로부터 전송된 신호를 각각 수신하여, 상기 수신된 신호들로부터 상기 전송 데이터를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법.And receiving the signals transmitted from the transmitter and the repeater at the receiver, respectively, and estimating the transmission data from the received signals. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 DCM 심볼쌍은 상기 제1 DCM 성상 맵퍼를 통해 변조된 심볼 전체와 상기 제2 DCM 성상 맵퍼를 통해 변조된 심볼 전체를 묶어서 쌍을 구성하는 것을 특징으로 하는 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법. The DCM symbol pair is a cooperative communication method for improving the frequency efficiency, characterized in that by combining the entire symbol modulated by the first DCM constellation mapper and the entire symbol modulated by the second DCM constellation mapper to form a pair. 송신기가 신호 X1을 중계기와 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 송신기로부터 수신한 상기 신호 X1을 추정하는 단계;The transmitter sends a signal X 1 to the repeater and the receiver, and the repeater estimates the signal X 1 received from the transmitter; 상기 송신기가 신호 -X* 3을 중계기와 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 상기 수신한 신호 -X* 3로부터 X3를 추정하고, 상기 추정된 신호 X3를 복조한 후에 X4로 재변조하고, 또한, 이전 단계에서 추정된 상기 신호 X1 의 켤레 복소수 X* 1을 상기 수신기로 전송하는 단계;The transmitter transmits a signal -X * 3 to the repeater and the receiver, after the relay has assumed the received signal from the -X * 3 X 3, and demodulating the estimated signal X 3 X 4 as a modulation material, and In addition, transmitting the complex conjugate X * 1 of the signal X 1 estimated in the previous step to the receiver; 상기 송신기가 신호 X2를 상기 중계기와 상기 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 이전 단계에서 수신한 상기 신호 X1과 상기 송신기로부터 수신하는 상기 신호 X2를 이용하여 상기 신호 X2를 추정하고, 또한 상기 중계기가 두번째 단계에서 재변조된 신호 X4를 상기 수신기로 전송하는 단계;The transmitter transmits a signal X 2 to the repeater and the receiver, estimates the signal X 2 using the signal X 1 received by the repeater in the previous step and the signal X 2 received from the transmitter, and Transmitting, by the repeater, the remodulated signal X 4 to the receiver in a second step; 상기 송신기가 신호 -X* 4를 상기 중계기와 상기 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 이전 단계에서 수신한 상기 신호 -X* 3와 상기 신호 -X* 4를 이용하여 상기 신호 X3 를 추정하고, 또한, 이전 단계에서 추정된 상기 신호 X2의 켤레 복소수 X* 2를 상기 수신기로 전송하는 단계; 및The transmitter transmits a signal -X * 4 to the repeater with the receiver, to the use of the repeater the signal * -X 3 and -X * 4 The signal received in the previous step, and estimates the signal X 3, In addition, transmitting the complex conjugate X * 2 of the signal X 2 estimated in the previous step to the receiver; And 상기 송신기가 다시 상기 신호 X1을 상기 중계기와 상기 수신기로 전송하고, 상기 중계기가 이전 단계에서 추정된 상기 신호 X3를 상기 수신기로 전송하는 단계 를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신방법. The transmitter again transmitting the signal X 1 to the repeater and the receiver, and the repeater transmitting the signal X 3 estimated in the previous step to the receiver. Communication method. 제1 및 제2 DCM 성상 맵퍼(Dual Carrier Modulation Constellation Mapper)를 선택적으로 사용하여, 전송 데이터를 변조한 후에 전송하는 송신기; A transmitter for selectively transmitting the first and second DCM constellation mappers and modulating the transmission data, and then transmitting the first and second DCM constellation mappers; 상기 송신기에서 전송된 신호의 DCM 심볼쌍 중 하나 또는 상기 DCM 심볼쌍 모두를 사용하여 상기 전송 데이터를 추정하고, 상기 추정된 신호를 DCM 변조하여 전송하는 중계기; 및 A repeater for estimating the transmission data using one of the DCM symbol pairs of the signal transmitted from the transmitter or all of the DCM symbol pairs, and performing DCM modulation on the estimated signal; And 상기 송신기 및 상기 중계기로부터 전송된 신호를 각각 수신하여, 상기 수신된 신호들로부터 상기 전송 데이터를 추정하는 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신장치.And a receiver for receiving the signals transmitted from the transmitter and the repeater, respectively, and estimating the transmission data from the received signals. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 DCM 심볼쌍은 상기 제1 DCM 성상 맵퍼를 통해 변조된 심볼 전체와 상기 제2 DCM 성상 맵퍼를 통해 변조된 심볼 전체를 묶어서 쌍을 구성하는 것을 특징으로 하는 주파수 효율 개선을 위한 협동 통신장치. The DCM symbol pair is a cooperative communication device for improving the frequency efficiency, characterized in that by combining the entire symbol modulated by the first DCM constellation mapper and the entire symbol modulated by the second DCM constellation mapper to form a pair.
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