KR20100060958A - A method for alternate transmission relaying with interference cancellation in a wireless communication network and a system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 무선 통신 네트워크에서 중계기를 사용한 전송 기법 및 이를 위한 시스템에 관한 것으로, 특히, 중계기를 사용한 전송 기법에서 교대 전송을 통하여 시스템의 용량을 향상하고, 중계기간의 간섭을 제거할 수 있는 중계기를 사용한 무선 통신 시스템에서의 간섭 제거 기반 교대 전송 기법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a transmission scheme using a repeater and a system for the same in a wireless communication network, and more particularly, a repeater capable of improving the capacity of the system through alternating transmission in the transmission scheme using the repeater and eliminating interference in the relay period. The present invention relates to an interference cancellation based alternate transmission scheme in a wireless communication system and a system therefor.
최근의 무선 통신 네트워크, 특히 셀룰라 통신에서는 셀 영역의 확장 및 데이터 전송률 향상을 위하여 중계기(또는 중계 노드)의 사용을 고려하고 있다. 중계기를 고려하는 시스템은 크게 소스(source)노드, 중계(relay) 노드, 그리고 목적(destination) 노드로 구성되는 시스템을 구성한다. In recent wireless communication networks, especially cellular communication, the use of repeaters (or relay nodes) has been considered to expand the cell area and improve the data rate. The system considering the repeater is largely composed of a source node, a relay node, and a destination node.
이러한 무선 통신 네트워크에서, 소스 노드와 목적 노드간의 거리가 충분히 멀어서 서로 직접 통신할 수 없다고 가정하면, 소스 및 목적 노드의 중간에 위치한 중계 노드를 활용하여 소스와 목적 노드간의 통신을 할 수 있다. In such a wireless communication network, assuming that the distance between the source node and the target node is far enough to communicate directly with each other, it is possible to communicate between the source and the target node by utilizing a relay node located between the source and the target node.
일반적으로, 위와 같은 시스템에서 소스 노드에서 목적 노드로 데이터를 보내고자 할 때 중계기를 활용하여 두 개의 시간 자원을 사용하여 송신하는 방법을 사용한다. In general, when the data is sent from the source node to the destination node in the system as described above, a method of transmitting using two time resources using a repeater is used.
즉, 첫 번째 시간 자원에서는 소스 노드에서 중계 노드로 신호를 전송하고, 두 번째 시간 자원에서는 중계 노드가 목적 노드로 신호를 전송하는 형태이다. 한편, 이러한 일반적인 무선 통신 네트워크에서 중계 노드를 다수개 사용할 수 있다. That is, in the first time resource, the signal is transmitted from the source node to the relay node, and in the second time resource, the relay node transmits the signal to the destination node. Meanwhile, a plurality of relay nodes may be used in such a general wireless communication network.
도 1은 이러한 일반적인 중계 노드를 다수개 사용하는 무선 통신 네트워크에서 전송 기법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for describing a transmission scheme in a wireless communication network using a plurality of such general relay nodes.
도 1을 참조하면, 소스 노드(1)는 중계 노드들(2)에 첫 번째 시간 자원(1st time slot)에서 데이터를 전송하고, 중계 노드들(2)은 두 번째 시간 자원(2nd time slot)에서 목적 노드(3)로 데이터를 전송한다. 이와 같이 중계 노드들(2)이 소스(source) 노드(1)로부터 동시에 신호를 받고, 목적 노드(3)로 동시에 신호를 전송하는 방식은 다음의 두 가지 문제점을 갖게 된다. 첫째, 2번의 시간 자원 사용으로 인한 시스템 용량 손실이고, 둘째, 여러 개의 중계 노드를 사용하여 이득을 얻기 위해서는 중계 노드간의 협력(예. 받은 신호를 서로 공유, 선처리기 적용)을 필요로 하게 된다. 그러나 일반적인 무선 통신 환경에서는 중계 노드가 서로 떨어져 있고, 실질적인 협력을 하기 어려운 구조를 갖고 있다. 이와 같은 종래 기술에서는 중계 노드간의 협력 없이 시스템의 성능 향상을 얻기가 어렵다. Referring to FIG. 1, the
따라서 상술한 바와 같은 종래의 문제를 감안한 본 발명의 목적은, 중계 노드간의 협력을 필요로 하지 않으면서 시스템의 성능을 효과적으로 개선시킬 수 있는 무선 통신 네트워크에서의 중계기를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 기법 및 시스템을 제공하는 데에 있다. Accordingly, an object of the present invention in view of the above-described conventional problems is an interference cancellation based alternate transmission scheme using a repeater in a wireless communication network that can effectively improve the performance of a system without requiring cooperation between relay nodes. To provide a system.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송을 위한 시스템은, 신호를 전송하는 소스 노드; 상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제1 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제2 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제1 중계 노드; 상기 소스 노드와 1 홉 거리에 위치하며 제2 전송 시간에 소스 노드로부터 신호를 수신하고 제1 전송 시간에 목적 노드로 신호를 중계하는 제2 중계 노드; 및 상기 제1 및 제2 중계 노드로부터 신호를 수신하는 상기 목적 노드;를 포함한다. A system for interference cancellation based shift transmission using a relay node in a wireless communication network according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object includes a source node for transmitting a signal; A first relay node positioned one hop from the source node and receiving a signal from a source node at a first transmission time and relaying a signal to a destination node at a second transmission time; A second relay node positioned one hop from the source node and receiving a signal from a source node at a second transmission time and relaying a signal to a destination node at a first transmission time; And the destination node for receiving signals from the first and second relay nodes.
상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드는 타 노드로부터 간섭 신호를 수신하면, 상기 제1 및 제2 중계 노드간의 널 스페이스(null space)가 존재하는 유효 채널을 추정하고, 상기 간섭 신호를 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 제거하는 것을 특징으로 한다. When one of the first and second relay nodes receives an interference signal from another node, the relay node estimates an effective channel in which a null space between the first and second relay nodes exists, and the interference signal. Is removed using the interference cancellation matrix calculated from the effective channel.
상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드는 상기 제1 및 제2 중계 노드간의 널 스페이스가 존재하는 유효 채널을 추정하고, 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 타 노드로의 간섭 신호를 제거하여 전송하는 것을 특징으로 한다. Any one of the first and second relay nodes estimates an effective channel in which null space exists between the first and second relay nodes, and uses the interference cancellation matrix calculated from the effective channel to transfer to another node. The interference signal is characterized in that the transmission.
상기 제1 및 제2 중계 노드는 전력 분배 행렬을 산출하여 산출한 전력 분배 행렬을 곱한 신호를 상기 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 한다. The first and second relay nodes transmit a signal obtained by multiplying a power distribution matrix calculated by calculating a power distribution matrix to the target node.
상기 목적 노드는 상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드로부터 신호를 수신하면, 수신한 신호보다 이전에 받은 신호를 이용하여 간섭 신호를 추정하고, 추정한 신호를 이용하여 간섭을 제거하는 것을 특징으로 한다. When the destination node receives a signal from one of the first and second relay nodes, the destination node estimates an interference signal using a signal received before the received signal, and removes the interference using the estimated signal. It is characterized by.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크에서의 중계 노드를 사용한 간섭 제거 기반 교대 전송 방법은, In order to achieve the above object, the interference cancellation based alternate transmission method using a relay node in a wireless communication network according to an embodiment of the present invention,
제1 전송 시간에, 제1 중계 노드가 소스 노드로부터 신호를 수신하고, 제2 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 기 수신한 신호를 목적 노드로 전송하는 제1 과정과, 제2 전송 시간에, 제2 중계 노드가 소스 노드로부터 신호를 수신하고, 제1 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 수신한 신호를 목적 노드로 전송하는 제2 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. In a first transmission time, the first relay node receives a signal from the source node, the second relay node transmits a signal previously received from the source node to the destination node, and at the second transmission time, And a second process, wherein the second relay node receives a signal from the source node, and the first relay node transmits the signal received from the source node to the destination node.
상기 제1 및 제2 과정은 상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드가 타 노드로부터 간섭 신호를 수신하면, 상기 제1 및 제2 중계 노드간의 널 스페이스(null space)가 존재하는 유효 채널을 추정하고, 상기 간섭 신호를 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 제거하는 것을 특징으로 한다. In the first and second processes, when one of the first and second relay nodes receives an interference signal from another node, a null space between the first and second relay nodes exists. The channel is estimated, and the interference signal is removed using the interference cancellation matrix calculated from the effective channel.
상기 제1 및 제2 과정은 상기 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드는 상기 제1 및 제2 중계 노드간의 널 스페이스가 존재하는 유효 채널을 추정하고, 상기 유효 채널로부터 산출된 간섭 제거 행렬을 이용하여 간섭 신호를 제거하여 타 중계 노드로 전송하는 것을 특징으로 한다. In the first and second processes, any one of the first and second relay nodes may estimate an effective channel having a null space between the first and second relay nodes, and remove the interference calculated from the effective channel. It is characterized in that the interference signal is removed using a matrix and transmitted to another relay node.
상기 제1 및 제2 과정은 상기 제1 및 제2 중계 노드가 전력 분배 행렬을 산출하여 산출한 전력 분배 행렬을 곱한 신호를 상기 목적 노드로 전송하는 것을 특징으로 한다. In the first and second processes, the first and second relay nodes transmit a signal obtained by multiplying the power distribution matrix calculated by calculating a power distribution matrix to the target node.
상기 목적 노드가 제1 및 제2 중계 노드 중 어느 일 중계 노드로부터 신호를 수신하면, 수신한 신호보다 이전에 받은 신호를 이용하여 간섭 신호를 추정하고, 추정한 신호를 이용하여 간섭을 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. When the target node receives a signal from one of the first and second relay nodes, estimating an interference signal using a signal previously received from the received signal and removing the interference using the estimated signal It characterized in that it further comprises.
본 발명에 따르면, 소스 노드로부터 수신한 신호를 복수의 중계 노드가 교대로 전송함으로써 중계 노드간의 협력을 필요로 하지 않으면서, 데이터 전송 시간을 단축할 수 있으며, 시스템의 성능을 개선시킬 수 있다. According to the present invention, a plurality of relay nodes alternately transmit a signal received from a source node, thereby reducing data transmission time without requiring cooperation between relay nodes, and improving system performance.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the embodiment of the present invention will be described, and the description of other parts will be omitted so as not to disturb the gist of the present invention.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명 을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. The terms or words used in the specification and claims described below should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors are appropriate to the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as meanings and concepts in accordance with the technical spirit of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크에 구조에 대해서 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면이다. First, a structure of a wireless communication network according to an embodiment of the present invention will be described. 2 is a view for explaining the structure of a wireless communication network according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크는 소스 노드(100), 중계 노드(200), 및 목적 노드(300)로 이루어진다. 이하, 중계 노드를 통칭하는 경우 도면부호 200을 사용하며, 중계 노드는 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)를 포함한다. 2, a wireless communication network according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
여기서, 이러한 무선 통신 네트워크가 셀룰러 기반의 이동통신 시스템인 경우, 소스 노드는 기지국, 각 중계 노드(210, 203)는 중계기, 목적 노드(300)는 단말기가 될 수 있다. Here, when the wireless communication network is a cellular-based mobile communication system, the source node may be a base station, each of the
소스 노드(100)와 목적 노드(300)에서는 각각 M개의 송수신 안테나를 갖고 있다고 가정하고, 각 중계기에서는 N개(중계기 1에서는 , 중계기 2에서는 )의 안테나를 갖고 있다고 가정한다. It is assumed that the
설명의 편의를 위하여 소스 노드(100)에서 중계 노드(210, 220)간의 채널은 백워드(backward) 채널(, ), 중계 노드(210, 220)에서 목적 노드(300)간의 채널은 포워드(forward) 채널(, )로 구분한다. 또한, 중계 노드는 2개로 가정하며, 중계 노드간(210, 220)의 채널은 , 이다. For convenience of description, the channel between the
앞서 설명한 바와 같이, 일반적인 2 번의 시간 자원 사용하는 전송 기법은 시스템의 용량 저하에 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따르면 이러한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같이 전송하는 기법을 사용한다. As described above, a transmission scheme using two general time resources is in the capacity reduction of the system. Therefore, according to an embodiment of the present invention, a technique of transmitting as follows is used to solve this problem.
먼저, 소스 노드(100)와 각 중계 노드(210, 220), 각 중계 노드(210, 220)와 목적 노드(300)는 각각 1 홉(1-hop) 거리에 위치한다. 이때, 홀수 번째 전송 시간(Odd time slot)에는 소스 노드(100)와 제2 중계 노드(220)가 전송을 하고, 짝수 번째 전송 시간(Even time slot)에는 소스 노드(100)와 제1 중계 노드(210)가 전송을 한다. 이때, 소스 노드(100)는 각 중계 노드(210, 220)와의 채널을 고려하여 전송을 한다. 즉, 홀수 번째 전송 시간에서는 제1 중계 노드(210)에 대한 채널만을 고려하고, 제2 중계 노드(220)에 대한 채널은 고려하지 않고 통신한다. 또한, 짝수 번째 전송 시간에는 소스 노드(100)는 제2 중계 노드(220)에 대한 채널만을 고려하고, 제1 중계 노드(210)에 대한 채널은 고려하지 않고 통신한다. First, the
각 중계 노드(210, 220)는 목적 노드(300)와의 채널을 고려하여 신호를 전송한다. Each
이와 같이 소스 노드(100)와 중계 노드들(210, 220)이 교대로 신호를 전송하 게 되면, 소스 노드(100)에서 목적 노드로 데이터를 전송할 때 필요한 시간 자원을 절반으로 줄일 수 있다. As such, when the
각 노드(100과 200, 200과 300)간의 신호 전송 시간을 T라고 가정하면, 종래 기술은 소스 노드에서 목적 노드까지의 평균 전송 시간이 2T가 된다. 이와 달리 제안된 송신 기법에서는 T의 시간 자원을 필요로 한다. Assuming that the signal transmission time between each
본 발명의 실시 예에 따르면, 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)를 통해서 서로 다른 데이터를 보낼 수 있으므로 총 2개의 심벌 벡터를 전송한다고 가정할 때, 필요한 총 시간 자원은 (2 + 1)T가 되고 소스 노드(100)에서 목적 노드(300)까지의 평균 전송 시간은 다음의 <수학식 1>과 같이 구할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, since different data may be sent through the first and
<수학식 1>을 참조하면, 가 커질수록, 즉 여러 번의 전송을 계속 했을 경우 평균 전송 시간이 종래 기술에 비해 절반으로 줄어드는 효과를 얻을 수 있게 된다. 따라서 중계 노드간(210, 220)의 교대 전송을 통하여 시간 자원의 손실을 막을 수 있고 이를 통해 시스템의 용량 개선을 얻을 수 있다. 또한 제1 중계 노드와 제2 중계 노드(210, 220)가 서로 다른 시간 자원을 통해 송신을 하므로 중계 노드(210, 220)간의 협력 없이도 송신이 가능하게 된다. Referring to <
한편, 이러한 교대 전송을 통한 송신 기법은 시간 자원의 손실을 막을 수 있 지만, 어느 일 중계 노드가 목적 노드로 전송하는 신호는 타 중계 노드에 간섭 신호로 작용하게 된다. 즉, 제1 중계 노드(210)가 목적 노드(300)로 전송할 때, 제2 중계 노드(220)는 소스 노드(100)로부터 신호를 받고 있으므로 제1 중계 노드(210)로부터 전송된 신호는 제2 중계 노드(220)에 간섭 신호로 작용하게 된다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 교대 전송으로 인한 성능 향상을 최대한 얻기 위해서 중계 노드간의 간섭 제거를 수행한다. On the other hand, the transmission technique through the alternate transmission can prevent the loss of time resources, but the signal transmitted from one relay node to the target node acts as an interference signal to the other relay node. That is, when the
본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드간의 간섭 제거 방법은 두 가지가 될 수 있다. 첫째, 목적 노드에서 간섭을 제거하는 방법과 둘째, 중계 노드에서 간섭을 제거하는 방법이 있다. 이러한 간섭 제거를 위하여, 데이터를 송신하는 모든 노드는 채널 정보를 알고 있다고 가정한다. 즉, 소스 노드는 중계 노드와의 채널 정보를 갖고 있으며, 중계 노드는 소스 노드로부터의 채널과 목적 노드까지의 채널 정보를 알고 있다고 가정한다. The interference cancellation method between relay nodes according to an embodiment of the present invention may be two types. First, there is a method of removing interference at the destination node and second, a method of removing interference at the relay node. For this interference cancellation, it is assumed that all nodes transmitting data know the channel information. That is, it is assumed that the source node has channel information with the relay node, and the relay node knows channel information from the source node and channel information to the destination node.
본 발명의 실시 예에서 각 노드 간에는 SVD(singular value decomposition) 기반의 선형 처리를 수행한다고 가정한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 다른 중계 노드는 AF(amplify-and-forward) 모드로 동작한다고 가정한다. 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 방법은 DF(decode-and-forward) 모드의 중계기에 동일한 방식으로 적용 가능하다. In an embodiment of the present invention, it is assumed that linear processing based on singular value decomposition (SVD) is performed between nodes. In addition, it is assumed that the relay node according to an embodiment of the present invention operates in an amplify-and-forward (AF) mode. This method according to an embodiment of the present invention is applicable to the repeater in the decode-and-forward (DF) mode in the same manner.
임의의 행렬 에 대하여 다음의 <수학식 2>를 사용한다. Arbitrary
<수학식 2>를 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 각 노드(특히 중계 노드)의 선처리기는 특정 신호에 를 곱한다. 이러한 과정을 선처리 과정이라 한다. 또한, 후처리기는 특정 신호에 의 허미션(Hermitian), 즉, 을 곱한다. 이러한 과정을 후처리 과정이라 한다. Referring to
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 목적 노드(300)에서의 간섭 제거 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 목적 노드에서의 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다. First, the interference cancellation method in the
여기서, 중계 노드(200)는 간섭 제거 없이 신호를 중계하는 역할만을 수행한다. 따라서 도 3에서의 제1 또는 제2 중계 노드(210, 220)가 동일한 동작을 수행한다. Here, the relay node 200 only plays a role of relaying a signal without removing interference. Accordingly, the first or
도 3을 참조하면, 소스 노드(100)는 신호를 중계 노드(200)로 전송한다. 그러면, 중계 노드(200)는 S301 단계에서 신호를 수신한다. 중계 노드(200)가 수신한 신호는 다음의 <수학식 3>과 같이 표현된다. Referring to FIG. 3, the
이 때, 는 소스 노드(100)와 중계 노드(k) 사이의 채널이고, 는 소스 노드(100)에서 선처리기가 적용된 송신 신호이다. 는 중계기 로부터 중계노드 로의 채널이고 ( ), 는 중계 노드 에서의 송신 신호이다. At this time, Is a channel between the
그러면, 중계 노드(200)는 S303 단계에서 수신한 신호에 백워드 채널의 후처리기 행렬()을 곱한다. 앞서 설명한 바와 같이, 중계 노드(200)는 소스 노드(100)와 중계 노드간의 채널인 백워드(backward) 채널을 알고 있다고 가정한다. 수신 신호인 <수학식 3>에 대하여 후처리기를 적용하여 다음과 같은 <수학식 4>를 얻을 수 있다. Then, the relay node 200 is a post-processor matrix of the backward channel to the signal received in step S303 ( Multiply by As described above, it is assumed that the relay node 200 knows a backward channel, which is a channel between the
그런 다음, 중계 노드(200)는 S305 단계에서 포워드(forward) 채널의 선처리기 행렬()과, 송신 전력 상수를 곱한다. 그러면, 중계 노드 에서의 전송 신호는 다음의 <수학식 5>과 같이 표현된다.Then, the relay node 200 in step S305 the preprocessor matrix of the forward channel ( ) Is multiplied by the transmit power constant. The relay node The transmission signal in is expressed as
<수학식 5>에서, 는 중계 노드에서 송신 전력을 만족시키기 위한 상수이 다. In
이와 같이, 목적 노드(300)에서의 간섭 제거 기법은 각 중계 노드에서 간섭 제거를 수행하지 않고, 간섭 신호를 포함한 신호를 목적 노드(300)로 전송하게 된다. As such, the interference cancellation scheme in the
상술한 바와 같이, 중계 노드(200)가 <수학식 5>와 같은 신호를 전송하면, 목적 노드(300)는 이러한 신호를 수신하여 후처리기를 적용한다. 이와 같이, 목적 노드(300)에서 받은 신호에 후처리기를 적용한 신호는 다음의 <수학식 6>과 같이 나타낼 수 있다. As described above, when the relay node 200 transmits a signal as shown in
목적 노드(300)에서 받은 신호는 간섭 신호 성분을 포함하고 있으므로 간섭 신호 성분을 추정하여 제거해야 한다. Since the signal received from the
따라서 목적 노드(300)는 S307 단계에서 간섭 신호를 추정하여 제거한다. 목적 노드(300)에서 받은 신호의 간섭 성분은 전에 목적 노드(300)에서 받은 신호가 되므로, 이를 이용하여 간섭 신호를 추정할 수 있다. 이전 받은 신호는 다음의 <수학식 7>과 같이 표현된다. Therefore, the
<수학식 7>로부터 간섭 신호 성분을 다음의 <수학식 8>과 같이 추정할 수 있다.The interference signal component can be estimated from Equation 7 as shown in
여기서, 이 때, 는 의 슈도-인버스(pseudo-inverse)를 나타낸다. 이와 같이, 추정된 간섭 신호 성분을 받은 신호에서 빼주면 다음의 <수학식 9>와 같은 간섭 제거가 이루어진 신호를 얻을 수 있다. Where, Is Pseudo-inverse of the (pseudo-inverse). In this way, if the estimated interference signal component is subtracted from the received signal, an interference canceled signal as shown in Equation 9 may be obtained.
여기까지, 목적 노드(300)에서 간섭 제거 방법에 대해서 설명하였다. 다음으로, 중계 노드에서 간섭 제거 방법에 대해서 설명하기로 한다. Up to now, the method for canceling interference at the
중계 노드에서 간섭 제거 기법은 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째, 중계기에서의 송신 신호가 다른 중계기에 영향을 주지 않도록 선처리기를 적용하는 기법이고, 다른 중계기로부터 받은 간섭 신호에 후처리기를 적용하여 제거하는 기법이 있다. In the relay node, interference cancellation can be divided into two types. First, there is a technique of applying a preprocessor so that a transmission signal from a repeater does not affect other repeaters, and there is a technique of applying and removing a postprocessor to an interference signal received from another repeater.
전자를 송신 널링(Tx-nulling) 기법, 후자를 수신 널링(Rx-nulling) 기법이 라고 칭하기로 한다. 기본적으로 중계기에서는 간섭 신호를 줄이는 것이 아니라 완전히 제거하는 것을 목표로 한다.The former will be referred to as a transmit nulling technique and the latter as a receive nulling technique. Basically, the repeater aims to eliminate the interference signal rather than to reduce it completely.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법에 대해서 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드에서의 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다. First, a transmission nulling technique according to an embodiment of the present invention will be described. 4 is a diagram illustrating an interference cancellation method using a transmission nulling technique in a relay node according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 중계 노드에서의 송신 신호가 다른 중계 노드의 영향을 받지 않도록 하려면(간섭 신호가 "0"이 되게 하려면) 송신 신호를 중계 노드간의 채널 행렬의 널 스페이스(null space)에 투영(projection)시켜야 한다. 그러나 각 중계 노드가 동일한 수의 안테나를 사용하고 있을 때에는 중계 노드간의 채널 행렬이 정방 행렬(square matrix)이 되므로 널 스페이스(null space)가 존재하지 않게 된다. Referring to Fig. 4, in order to prevent the transmission signal at the relay node from being affected by other relay nodes (to cause the interference signal to be "0"), the transmission signal is projected to the null space of the channel matrix between the relay nodes. (projection) However, when each relay node uses the same number of antennas, the null matrix does not exist because the channel matrix between the relay nodes becomes a square matrix.
따라서 본 발명의 실시 예에서는 중계기간의 채널의 널 스페이스(null space)가 존재하도록 변형시켜 주어야 한다. Therefore, in the embodiment of the present invention, it should be modified so that a null space of a channel in the relay period exists.
이에 따라 중계 노드는 S401 단계에서 소스 노드(100)로부터 신호를 수신하면, S403 단계에서 유효 채널을 추정한다. <수학식 4>에서 설명한 바와 같이, 각 중계 노드는 수신 신호에 대하여 후처리기를 적용하고, 다음의 <수학식 10>에 따라 널 스페이스(null space)가 존재하는 중계 노드간의 유효 채널()을 추정할 수 있다. Accordingly, when the relay node receives a signal from the
따라서 각 중계기의 송신 신호에 다음과 같은 간섭 제거 행렬을 곱해주면 이 신호가 중계기간의 유효 채널의 널 스페이스(null space)에 투영되므로 다른 중계기에서 간섭 신호를 전혀 받지 않게 된다. Therefore, if the transmission signal of each repeater is multiplied by the following interference cancellation matrix, the signal is projected to the null space of the effective channel of the repeater period, so that no other interference signal is received by the other repeater.
따라서 중계 노드는 S405 단계에서 다음의 <수학식 11>을 통해 간섭 제거 행렬을 산출한다. Accordingly, the relay node calculates the interference cancellation matrix through
이어서, 중계 노드는 S407 단계에서 백워드 채널의 후처리기 행렬을 곱하고, S409 단계에서 산출된 간섭 제거 행렬을 곱한다. 이어서, 중계 노드는 S411 단계에서 유효 채널의 선처리기 행렬을 곱하며, S413 단계에서 송신 전력 상수를 순차로 곱하여 목적 노드(300)로 전송한다. 이러한 중계 노드에서의 송신 신호는 다음의 <수학식 12>와 같다. Subsequently, the relay node multiplies the postprocessor matrix of the backward channel in step S407, and multiplies the interference cancellation matrix calculated in step S409. Subsequently, the relay node multiplies the preprocessor matrix of the effective channel in step S411, and sequentially multiplies the transmission power constants in step S413 to transmit to the
이 때, 중계 노드에서 목적 노드(300) 사이의 채널이 로 변형되므로 원래 주어진 포워드 채널의 이득보다 적은 채널 이득을 얻게 된다. At this time, the channel between the
송신 널링 기법에 이어서, 본 발명의 실시 예에 따른 수신 널링 기법에 대해 서 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드에서의 수신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다. Following the transmission nulling technique, a reception nulling technique according to an embodiment of the present invention will be described. 5 is a diagram illustrating an interference cancellation method using a reception nulling technique in a relay node according to an embodiment of the present invention.
수신 널링 기법은 송신 널링 기법과 동일한 원리로 간섭 제거를 수행한다. 즉, 중계 노드는 소스 노드(100)로부터의 수신 신호에 대하여 간섭 제거 행렬을 곱하여 간섭을 제거한다. 이때, 간섭 제거 행렬은 다음의 <수학식 13>에 따라 얻을 수 있다. The reception nulling technique performs interference cancellation on the same principle as the transmission nulling technique. That is, the relay node removes interference by multiplying the interference cancellation matrix by the received signal from the
또한, 중계 노드간의 유효 채널은 다음의 <수학식 14>에 따라 구해진다. In addition, an effective channel between relay nodes is obtained according to
도 4를 참조하면, 중계 노드는 S501 단계에서 중계기간의 유효 채널을 <수학식 11> 또는 <수학식 14>에 따라 추정하고, S503 단계에서 <수학식 13>에 따라 간섭 제거 행렬을 산출한다. Referring to FIG. 4, the relay node estimates an effective channel of the relay period according to
이어서, 중계 노드는 S505 단계에서 산출된 간섭 제거 행렬을 곱하고, S507 단계에서 유효 백워드 채널의 후처리기 행렬을 곱하고, S509 단계에서 포워드 채널의 선처리기 행렬을 곱하며, S511 단계에서 송신 전력 상수를 순차로 곱하여 목적 노드(300)로 전송한다. Subsequently, the relay node multiplies the interference cancellation matrix calculated in step S505, multiplies the postprocessor matrix of the effective backward channel in step S507, multiplies the preprocessor matrix of the forward channel in step S509, and multiplies the transmit power constant in step S511. Multiply sequentially to transmit to the destination node (300).
수신 널링 기법을 사용하는 경우, 송신 널링 기법과 반대로 소스 노드(100)에서 중계 노드간의 채널이 로 변형되므로 백워드 채널에서 손실이 발생할 수 있다. When the receive nulling technique is used, the channel between the relay nodes at the
상술한 바와 같이, 제안된 SVD 기반의 신호 처리 기법을 적용하면 각 중계 노드에서는 유효 채널을 대각 행렬(diagonal matrix) 형태로 얻을 수 있다. 이와 같이 유효 채널이 대각화(diagonalization)되면 여러 개의 데이터를 계층별로 분리할 수 있고, 이에 따른 각 계층별 송신 전력 분배를 용이하게 할 수 있다. 이때, 송신 전력 분배 행렬 또한 대각 행렬 형태로 구할 수 있다. 그러면, 본 발명의 실시 예에 따른 송신 전력 분배 기법에 대해서 설명하기로 한다. As described above, by applying the proposed SVD-based signal processing technique, an effective channel can be obtained in a diagonal matrix form at each relay node. As such, when the effective channel is diagonalized, several data may be separated by layers, thereby facilitating distribution of transmission power for each layer. In this case, the transmission power distribution matrix may also be obtained in the form of a diagonal matrix. Next, the transmission power distribution scheme according to the embodiment of the present invention will be described.
송신 널링 기법의 경우, 각 중계 노드에서의 신호 처리는 다음의 <수학식 15>와 같은 행렬 형태로 구할 수 있다. In the case of the transmission nulling technique, signal processing at each relay node can be obtained in a matrix form as shown in
또한, 목적 노드(300)가 수신한 신호는 다음의 <수학식 16>과 같이 구할 수 있다. In addition, the signal received by the
이때, 중계기 k를 통해 전송할 수 있는 용량식은 다음의 <수학식 17>과 같다. At this time, the capacity formula that can be transmitted through the repeater k is shown in Equation 17 below.
<수학식 17>을 살펴보면, 모든 행렬이 대각 행렬로 이루어지므로, 다음의 <수학식 18>과 같은 형태로 바꾸어 나타낼 수 있다. Looking at Equation 17, since all matrices are made of diagonal matrices, they can be converted into the following
또한, 각 중계 노드의 용량을 최대화 할 수 있는 송신 전력 분배 행렬을 찾는 방법은 다음의 <수학식 19>와 같은 최적화 문제로 표현될 수 있다.In addition, a method of finding a transmission power distribution matrix capable of maximizing the capacity of each relay node may be represented by an optimization problem as shown in Equation 19 below.
<수학식 19>는 컨벡스(convex) 최적화 문제로써, 간단한 미분 등을 통하여 최적의 해를 쉽게 얻을 수 있다. 위의 문제에 대한 해는 다음의 <수학식 20>과 같이 얻어진다.Equation 19 is a convex optimization problem, and an optimal solution can be easily obtained through simple derivatives. The solution to the above problem is obtained as shown in
<수학식 20>의 해를 얻기 위해 라그랑지 계수 (Lagrange multiplier) 를 찾아야 한다. 이러한 라그랑지 계수를 찾기 위하여 다음의 <수학식 20a>와 같은 함수를 이용한다. Lagrange multiplier to obtain the solution of
라그랑지 계수를 찾기 위하여 라그랑지 계수를 로 치환하고, <수학식 20a>과 같은 함수()를 중계 노드에서 각 데이터 계층별 송신 전력의 합으로 나타내면, 함수()는 값에 따라서 변화하게 되고, 이 값이 중계 노드에서의 송신 전력()과 같아지는 라그랑지 계수()를 찾으면, <수학식 20>에서 주어진 해를 얻을 수 있게 된다. 중계 노드에서의 송신 전력()을 만족하는 라그랑지 계수를 찾기 위하여 황금 분할 검색(golden section search) 방법을 사용한다. 이 때 목적 함수와 값의 범위는 다음의 <수학식 21>과 같이 나타낼 수 있다. To find the Lagrangian coefficients, And replace it with a function such as <Equation 20a> ) Is expressed as the sum of the transmit powers of each data layer at the relay node. ) Depending on the value, and this value is the transmit power at the Lagrange modulus equal to ), The solution given by
----------------------- (식 2) ----------------------- (Equation 2)
<수학식 21>을 살펴보면, 은 번째 계층의 송신 전력이 일 때의 라그랑지 계수의 값이다(식 2). 최적의 라그랑지 계수의 값은 항상 <수학식 21>의 최소값과 최대값 사이에 존재하므로, 제안된 방법을 사용하면 몇 번의 반복 과정을 통해 최적의 값을 얻을 수 있다. Looking at Equation 21, silver The transmit power of the first layer It is the value of the Lagrangian coefficient when (Equation 2). Since the optimal Lagrangian coefficient always exists between the minimum and maximum values of Equation 21, the proposed method can obtain the optimal value through several iterations.
상술한 바와 같은 방법을 이용하여, 송신 전력 분배 행렬을 산출할 수 있다. 그러면, 이러한 송신 전력 분배 기법을 적용한 중계 노드의 신호 전송 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드의 송신 전력 분배 기법을 설명하기 위한 도면이다. Using the method as described above, the transmission power distribution matrix can be calculated. Next, the signal transmission method of the relay node applying the transmission power distribution scheme will be described. 6 is a diagram illustrating a transmission power distribution scheme of a relay node according to an embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 중계 노드는 S601 단계에서 황금 분할 검색(golden section search) 방법을 통해 최적의 라그랑지 계수()를 산출한다. 즉, <수학식 21>에 따라 라그랑지 계수()를 산출한다. Referring to FIG. 6, the relay node uses an optimal Lagrangian coefficient through a golden section search method in step S601. ) Is calculated. That is, the Lagrangian coefficient ( ) Is calculated.
그런 다음, 중계 노드는 S603 단계에서 송신 전력 분배 행렬을 산출한다. 이 때, 송신 전력 분배 행렬은 산출된 라그랑지 계수()를 이용하여, <수학식 19> 또는 <수학식 20>의 해를 구하는 것이다. The relay node then calculates a transmit power distribution matrix in step S603. At this time, the transmission power distribution matrix is calculated Lagrangian coefficient ( ) To solve Equation 19 or
그런 다음, 중계 노드는 S605 단계에서 소스 노드(100)로부터 수신한 신호에 송신 전력 분배 행렬을 곱해서 목적 노드(300)로 전송한다. Then, the relay node multiplies the transmission power distribution matrix by the signal received from the
이상으로, 간섭 제거 기법 및 송신 전력 분배 기법에 대해서 살펴보았다. In the above, the interference cancellation scheme and the transmission power distribution scheme have been described.
상술한 실시 예에서는 모든 중계 노드가 목적 노드(300)의 1 홉(hop)거리에 위치한 경우에 대해서 살펴보았다. 이어서, 멀티 홉에서의 중계 노드를 사용하는 무선 통신 네트워크에 대해서 살펴보기로 한다. In the above-described embodiment, the case in which all relay nodes are located at one hop distance of the
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining the structure of a wireless communication network according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 토폴로지는 순차로, 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 제2 중계 노드(220) 및 목적 노드(300)를 포함하여 이루어진다. 각 노드는 1 홉 전송 범위에 있다. 즉, 앞선 실시 예와 달리, 제1 중계 노드(210)는 제2 중계 노드(220)를 통해 목적 노드(300)에 신호를 전송한다. 여기서, 앞선 실시 예와 마찬가지로, 소스 노드(100)는 기지국, 각 중계 노드는 중계기, 목적 노드(300)는 단말이 될 수 있다. 또한, 여기서 중계 노드를 2개를 가정하여 설명하지만, 중계 노드는 다수개가 될 수 있다. Referring to FIG. 7, a topology of a wireless communication network according to another exemplary embodiment of the present invention may sequentially include a
이러한 시스템에서 중계 노드들은 그 위치에 따라 전송 시간을 홀수 홉(odd-hop) 과 짝수 홉(even-hop)으로 나누고 홀수 및 짝수 홉(odd-hop, even-hop)에 따라 그룹별로 교대로 전송한다. In such a system, relay nodes divide transmission time into odd- and even-hops according to their positions, and then alternately transmit groups by odd and even-hops (even-hops). do.
제1 중계 노드(210)와 같은, 홀수 홉(odd-hop) 중계 노드들이 전송할 때는 제2 중계 노드(220)와 같은 짝수 홉(even-hop) 중계 노드들이 수신을 하고, 짝수 홉(even-hop) 중계 노드들이 전송할 때는 홀수 홉(odd-hop) 중계 노드들이 수신을 하는 방식이다. 이와 같은 전송 방식에서도 중계기간의 간섭 문제가 발생할 수 있다. When odd-hop relay nodes, such as the
목적 노드(300)는 소스 노드(100)로부터 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)를 통해 데이터를 수신한다. The
짝수 홉이 전송하는 시간 영역에서는, 소스 노드(100)과 제2 중계 노드(220)가 동시에 전송하고, 제1 중계 노드(210)는 소스 노드(100)으로부터 신호를 수신함과 동시에 제2 중계 노드(220)로부터 간섭 신호를 수신한다. 반면, 홀수 홉이 전송하는 시간 영역에서는 제1 중계 노드(210)가 제2 중계 노드(220)로 신호를 전송한다. In the time domain transmitted by the even hops, the
짝수 홉 전송 시간 영역에서 제1 중계 노드(210)는 제2 중계 노드(220)로부터 간섭 신호를 받게 되므로, 제2 중계 노드(220)가 수신 널링 기법을 적용하여 간섭을 제거하거나, 또는, 제1 중계 노드(210)가 송신 널링 기법을 적용하여 간섭을 제거할 수 있다. In the even hop transmission time domain, since the
송신 널링 기법은 제2 중계 노드(220)에서 목적 노드(300)로 전송하는 신호에 간섭 제거 행렬을 곱해 간섭 신호가 제1 중계 노드(210)에 영향을 주지 않도록 하는 것이고, 수신 널링 기법은 제1 중계 노드(210)가 제2 중계 노드(220)로부터 수신한 간섭 신호에 대해서 간섭 제거 행렬을 곱해 받은 신호에 포함된 간섭 신호 성분을 제거하는 방법이다. 직교 투영(orthogonal projection)을 사용하여 간섭 신호를 제거하는 방법은 안테나 수가 추가적으로 필요한 단점은 있으나, 간섭 신호를 완전히 제거함으로써 시스템의 동작을 간편화 할 수 있다. The transmit nulling technique is to multiply the signal transmitted from the
그러면, 제2 중계 노드(220)에서 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다. Next, an interference cancellation method using the transmission nulling technique in the
도 8을 참조하면, 제2 중계 노드(220)는 S801 단계에서 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 채널을 추정한다. Referring to FIG. 8, the
그런 다음, 제2 중계 노드(220)는 S803 단계에서 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 추정된 채널을 기반으로 간섭 제거 행렬을 산출한다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 중계 노드에서의 송신 신호가 다른 중계 노드의 영향을 받지 않도록 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 채널 행렬의 널 스페이스(null space)에 투영(projection)시킬 수 있는 행렬을 산출한다. Next, the
그런 다음, 제2 중계 노드(220)는 S805 단계에서 산출된 간섭 제거 행렬을 곱하여 목적 노드(300)로 신호를 전송한다. 이때, 목적 노드(300)에 전송되는 신호는 제1 중계 노드(210)에게도 전송된다. 이때, 간섭 제거 행렬을 곱하여 전송되는 신호는 널 스페이스(null space)에 투영(projection)되므로, 제1 중계 노드(210)에 간섭으로 작용하지 않는다. Then, the
그러면, 제1 중계 노드(210)에서 수신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법에 대해서 설명하기로 한다. 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법을 이용 한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면이다. Then, the interference cancellation method using the reception nulling technique in the
도 9를 참조하면, 제1 중계 노드(210)는 S901 단계에서 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 채널을 추정한다. Referring to FIG. 9, the
그런 다음, 제1 중계 노드(210)는 S903 단계에서 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 추정된 채널을 기반으로 간섭 제거 행렬을 산출한다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이 중계 노드에서의 송신 신호가 다른 중계 노드의 영향을 받지 않도록 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간의 채널 행렬의 널 스페이스(null space)에 투영(projection)시킬 수 있는 행렬을 산출한다. Then, the
그런 다음, 제1 중계 노드(210)는 S905 단계에서 제2 중계 노드(220)로부터 수신한 간섭 신호에 산출된 간섭 제거 행렬을 곱하여 간섭을 제거한다. 즉, 앞선 도 8에서 설명한 간섭 제거에 반하여, 제2 중계 노드(220)는 간섭을 제거하지 않은 신호를 제1 중계 노드(210)에 전송하더라도, 제1 중계 노드(210)가 간섭 제거 행렬을 곱하여 수신하는 경우, 수신되는 신호는 널 스페이스(null space)에 투영(projection)되므로, 제1 중계 노드(210)에 간섭으로 작용하지 않는다. Then, the
한편, 상술한 도 7과 같은 무선 통신 네트워크에서 목적 노드(300, 단말)이 소스 노드(100, 기지국)으로부터 신호를 수신하려면, 3 번의 시간 자원이 필요하게 되고, 이러한 시스템의 용량은 다음의 <수학식 22>와 같이 얻어질 수 있다. Meanwhile, in the above-described wireless communication network as shown in FIG. 7, the target node 300 (terminal) needs three time resources to receive a signal from the source node 100 (base station). It can be obtained as shown in
<수학식 22>에서, 은 소스 노드(100)와 제1 중계 노드(210)간의 용량, 는 제1 중계 노드(210)와 제2 중계 노드(220)간의 용량, 및 는 제2 중계 노드(220)와 목적 노드(300)간의 용량을 나타낸다. <수학식 22>에서 보여진 바와 같이, 시스템의 이론적인 최대 용량(upper bound)은 소스 노드(100)와 제1 중계 노드(210) 사이의 용량()에 의해서 결정됨을 알 수 있다. In
즉, 소스 노드(100)와 제1 중계 노드(210) 사이의 통신이 가장 중요하고, 두 노드(100, 210) 사이의 데이터 손실이 있을 경우 전체 시스템의 성능 저하로 이어질 수 있음을 알 수 있다. 따라서 제2 중계 노드(220)에서의 간섭 신호를 제대로 처리해 주지 않는다면 성능 저하를 불러오게 된다. 전체 시스템의 용량이 3개의 용량 , , 의 최소값으로 결정되므로 값의 손실을 막는 것도 중요하지만, , 값을 과 비슷하거나 크게 유지해주어야 시스템의 최대 용량값에 가까운 결과를 얻을 수 있다. That is, it can be seen that communication between the
예컨대, 송신 널링 기법의 경우, 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 목적 노드(300)는 동일한 수의 안테나를 가지고 있고, 제2 중계 노드(220)는 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 목적 노드(300)의 2 배의 안테나를 가지고 있다고 가정한다. 그러면, 간섭 제거 기법을 통해 제1 중계 노드(210)는 간섭 신호를 받지 않으므로 값을 그대로 유지할 수 있다. 또한, 제2 중계 노드(220)가 다른 노드보다 많은 안테나를 가지고 있으므로, 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)간, 제2 중계 노드(220)와 소스 노드(300)간의 채널 이득이 소스 노드(100)와 제1 중계 노 드(210)간의 채널에 비하여 클 것을 예상할 수 있다. 따라서 제2 중계 노드(220)와 목적 노드(300)간의 채널 이득이 간섭 제거 행렬에 의한 효과 때문에 줄어들더라도, 값이 의 값과 유사하게 유지될 것을 예상할 수 있다. 수신 널링 기법을 사용하는 경우에도, 제1 중계 노드(210)에 더 많은 안테나를 설치함으로써, 동일한 효과를 기대할 수 있다. 따라서 이와 같은 다중 안테나를 사용한 간섭 제거 기법을 통하여 중계 노드에서의 간섭 제거 및 시스템의 성능 향상을 얻을 수 있다. For example, in the case of a transmission nulling scheme, the
이상으로, 본 발명의 실시 예에 다른 교대 전송 및 간섭 제거 기법에 대해서 살펴보았다. 그러면, 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 교대 전송 및 간섭 제거 기법의 효과에 대해서 설명하기로 한다. 도 10a 내지 도 10k는 본 발명의 실시 예에 따른 교대 전송 및 간섭 제거 기법의 효과를 설명하기 위한 도면이다. In the above, embodiments of the present invention have been described with respect to alternate transmission and interference cancellation techniques. Next, the effects of the alternate transmission and interference cancellation scheme according to the embodiment of the present invention will be described. 10A to 10K are diagrams for explaining the effects of alternate transmission and interference cancellation schemes according to an embodiment of the present invention.
여기서, 각 노드간의 채널은 "Rayleigh fading"을 가정하여 채널 행렬의 각 성분이 평균이 0인 "complex Gaussian" 분포를 갖는 것으로 가정한다. Here, it is assumed that a channel between each node assumes "Rayleigh fading" and that each component of the channel matrix has a "complex Gaussian" distribution having an average of zero.
다중 안테나를 사용하여 간섭 제거를 수행하는 경우, 소스 노드(100), 중계 노드들, 및 목적 노드(300)가 각각 1 홉(1 hop) 범위에서 통신을 하는 경우에, 중계 노드의 안테나 개수가 소스 노드(100)와 목적 노드(300)의 안테나 개수의 2배가 되도록 설정하였다. 여기서, M은 소스 노드(100)와 목적 노드(300)에서의 안테나 수를, N은 각 중계 노드에서의 안테나 수를 나타낸다. 또한, 멀티 홉을 사용하여 통신을 하는 경우에, 제1 중계 노드(210) 또는 제2 중계 노드(220)의 안테나 수가 다른 노드의 안테나 수의 2 배인 것으로 가정한다. When performing interference cancellation using multiple antennas, when the
도 10a 내지 도 10k에서 교대로 전송하는 기법은 두 가지로 세분화하였다. 총 2M개의 심벌을 전송할 때, 서로 다른 M개의 심벌을 각 중계 노드를 통해 전송하는 기법(AT-indep)과, 총 2M개의 심벌을 전송할 때, M개의 심볼을 반으로 나누어 M/2개의 심벌을 각 중계기를 통해 전송하는 기법(AT-split)을 포함한다. 또한, 도 1과 같이 전송하는 것은 "one-way"라고 표시한다. Alternate transmission schemes are divided into two schemes in FIGS. 10A to 10K. In the case of transmitting a total of 2M symbols, a technique of transmitting different M symbols through each relay node (AT-indep), and when transmitting a total of 2M symbols, M / 2 symbols are divided in half and M / 2 symbols are divided. It includes the technique of transmitting through each repeater (AT-split). In addition, transmitting as shown in FIG. 1 is indicated as "one-way".
도 10a 내지 도 10f에 도시된 그래프는, 중계 노드가 AF (amplify-and-forward) 모드로 동작할 때의 성능을 나타내며, 각 중계 노드에서의 송신 전력은 소스 노드(100)에서 송신 전력의 2배가 되도록 설정하였다(Pr=2Ps).10A to 10F show the performance when the relay node operates in amplify-and-forward (AF) mode, and the transmit power at each relay node is equal to 2 of the transmit power at the
도 10h 및 도 10i에 도시된 그래프는 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 및 제2 중계 노드(220)의 송신 전력이 동일한 경우를 가정한다. 도 10j에 도시한 그래프는 제1 중계 노드(210), 제2 중계 노드(220)의 송신 전력이 소스 노드(100)의 송신 전력 보다 10dB 낮은 경우를 가정한다. 또한, 도 10h 내지 도 10j에 도시된 그래프는 중계 노드가 DF (decode-and-forward) 모드로 동작하는 것을 가정한다. The graphs shown in FIGS. 10H and 10I assume a case where the transmission power of the
도 10a는 중계 노드간의 간섭이 없다고 가정하였을 때의 성능을 나타낸다. 도 10a에서 소스 및 목적 노드(300)의 안테나 개수는 4개이며, 각 중계 노드는 4개의 안테나를 갖고 있는 경우를 가정한다. 교대 전송 기법을 통하여 시스템의 최대 용량 값이 종래 기술에 비하여 증가함을 확인할 수 있다. 특히 AT-indep을 적용하였을 경우, SNR이 높은 영역에서 2배의 다중화(multiplexing) 이득을 얻음을 확인할 수 있다. 이때, AT-indep 및 AT-split 기법은 각 중계기가 AF(amplify-and-forward) 모드에서 동작할 때의 성능을 나타낸다. 10A shows performance when it is assumed that there is no interference between relay nodes. In FIG. 10A, it is assumed that the number of antennas of the source and
도 10b는 도 10a와 같은 환경에서 각 중계 노드가 송신 전력 분배를 수행하였을 때 추가 이득이 얻어짐을 나타낸다. FIG. 10B shows that additional gain is obtained when each relay node performs transmission power distribution in the environment as shown in FIG. 10A.
도 10c는 M=4, N=8인 경우 AT-indep 기법에 대한 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸다. 검정색 실선으로 표시된 것은 간섭 제거를 전혀 수행하지 않은 경우의 성능을 나타내며, SNR이 증가함에 따라 성능이 낮은 값으로 수렴하여 다중화(multiplexing) 이득을 전혀 얻지 못함을 확인할 수 있다. 제안된 간섭 제거 기법들은 서로 유사한 성능을 보이며 송신 전력 분배를 수행하였을 경우 추가 이득을 얻음을 볼 수 있다. 10c illustrates the performance of the interference cancellation scheme for the AT-indep scheme when M = 4 and N = 8. The black solid line indicates the performance when no interference cancellation is performed, and as the SNR increases, the performance converges to a low value, and thus no multiplexing gain can be obtained. The proposed interference cancellation schemes show similar performances and additional gains when the transmit power distribution is performed.
도 10d는 M=4, N=4인 경우 AT-split 기법에 대한 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸다. 그림 10과 마찬가지로 제안된 간섭 제거 기법들은 서로 유사한 성능을 보이며 송신 전력 분배를 수행하였을 경우 추가 이득을 얻음을 볼 수 있다. 이 때 분홍색 실선으로 표시된 것은 목적 노드(300)에서의 간섭 제거를 수행하였을 때의 성능을 나타내는데, 채널 행렬의 크기가 정방 행렬(M=4, N=4)이 되므로 간섭 추정 오차가 크게 발생하여 성능 열화가 발생한다. 이는 검정색 점선으로 표시된 바와 같이 안테나 선택 기법을 적용하여 성능 개선을 할 수 있다. 10D shows the performance of the interference cancellation scheme for the AT-split scheme when M = 4 and N = 4. As shown in Figure 10, the proposed interference cancellation schemes show similar performances and additional gains when the transmit power distribution is performed. In this case, the solid pink line indicates the performance when the interference node is removed from the
도 10e는 M=4인 경우 AT-indep에 대하여 중계기의 안테수를 증가시킴에 따른 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸다. 중계기의 안테나 수가 증가할수록 제안된 간섭 제거 기법의 성능이 하늘색 실선으로 표시된 중계기간의 간섭이 없는 경우로 수렴함을 볼 수 있다. 이는 직교 투영에 의한 채널 이득의 손실이 점차 줄어들기 때문이다. 중계기의 안테나 수가 소스 노드(100)에서의 안테나 수보다 점차 커지게 되 면, 송신 널링 기법의 경우는 포워드(forward) 채널 이득의 손실이 줄어들고, 수신 널링 기법(Rx-nulling)의 경우는 백워드(backward) 채널 이득의 손실이 줄어들어 중계기간의 간섭이 원래 없는 경우에 근접하기 때문이다.FIG. 10E shows the performance of the interference cancellation scheme according to the increase in the number of antennas of the repeater for AT-indep when M = 4. As the number of antennas in the repeater increases, the performance of the proposed interference cancellation scheme converges when there is no interference in the relay period indicated by the solid blue line. This is because the loss of channel gain due to orthogonal projection is gradually reduced. When the number of antennas of the repeater becomes larger than the number of antennas at the
도 10f는 M=4인 경우 AT-split에 대하여 중계기의 안테수를 증가시킴에 따른 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸다. 도 10e의 결과와 유사한 경향성을 나타냄을 확인할 수 있다. Figure 10f shows the performance of the interference cancellation scheme according to increasing the number of antennas of the repeater for the AT-split when M = 4. It can be seen that the trend is similar to the result of FIG. 10E.
도 10g 및 도 10h는 각각 소스 노드(100)로부터 중계 노드까지의 SNR이 각각 0dB, 30dB인 경우, 중계 노드의 송신 전력을 증가시킴에 따른 간섭 제거 기법의 성능을 나타낸 것이다. DF(decode-and-forward) 모드와 AF(amplify-and-forward)에서의 성능을 비교하였다. 중계 노드를 DF 모드로 동작시킬 경우 AF 모드의 경우보다 성능이 우월함을 확인하였다. 중계 노드의 송신 전력이 소스 노드(100)의 송신 전력보다 큰 경우 시스템의 최대 용량은 백워드(backward) 채널에 의해 결정되는데, 송신 널링 기법은 백워드(backward) 채널의 이득은 유지하면서 포워드(forward) 채널의 이득에 손실이 있는 방법이고, 수신 널링 기법은 반대의 방법이므로 송신 널링 기법의 성능이 더 나음을 확인할 수 있다. 송신 널링 기법은 DF 모드로 동작할 때 시스템의 최대 용량값이 쉽게 수렴함을 볼 수 있고, AF로 동작할 때에도 중계기의 송신 전력이 충분히 커지면 최대 용량 값으로 수렴함을 볼 수 있다. 10G and 10H show the performance of the interference cancellation scheme according to increasing the transmission power of the relay node when the SNRs from the
따라서 본 발명의 실시 예에서 소스 노드(100)의 송신 전력보다 중계 노드의 송신 전력이 큰 경우, 중계 노드를 AF 모드로 동작시키면서도 시스템의 최대 성능에 근접하는 결과를 얻을 수 있다. 예컨대, 송신 전력이 낮은 두 단말이 중계기를 통해 통신하는 경우, 이때 소스 노드(100)와 목적 노드(300)는 단말의 역할을 수행하는 경우를 가정할 수 있다. Therefore, in the embodiment of the present invention, when the transmission power of the relay node is larger than the transmission power of the
도 10i는 멀티 홉을 가정한 경우이며, 특히, 앞서 설명한 바와 같은 3 홉(3-hop) 시스템을 가정한다. 또한, 도 10i는 이러한 3 홉(3-hop) 시스템에서 간섭 제거를 수행했을 경우의 성능을 나타낸 것이다. 제2 중계 노드(220)에서 송신 널링 기법을 사용하여 제1 중계 노드(210)로의 간섭을 제거하였으며, 소스 노드(100), 제1 중계 노드(210), 및 소스 노드(300)은 한 개의 안테나를 가정하였고, 제2 중계 노드(220)는 2개의 안테나를 갖는 것으로 가정한다. 제2 중계 노드(220)에 추가적으로 안테나를 설치하고 단순한 송신 널링 기법을 통하여 시스템의 성능이 최댓값에 근접하게 나타남을 볼 수 있다. FIG. 10I is assuming multi-hop, and in particular, assumes a 3-hop system as described above. FIG. 10I also shows the performance when interference cancellation is performed in such a three hop system. The
도 10j는 도 10i와 같은 환경을 가정하며, 제1 중계 노드(210)에서 수신 널링 기법을 적용하여, 간섭 제거를 수행한 경우의 성능을 나타낸다. 여기서, 제1 중계 노드(210)가 2개의 안테나를 나머지 노드들은 1개의 안테나를 갖는 것으로 가정한다. 구조적인 대칭성으로 인하여 도 10i와 동일한 결과가 얻어짐을 확인할 수 있다.FIG. 10J assumes an environment as shown in FIG. 10I, and shows performance when interference cancellation is performed by applying a reception nulling technique in the
도 10k는 도 10j와 동일한 안테나 구정을 가지며, 제1 및 제2 중계 노드(210, 220)의 송신 전력이 소스 노드(100)보다 10dB 낮은 경우에서 수신 널링 기법을 적용한 간섭 제거 성능을 나타낸다. 중계 노드의 송신 전력의 감소로 시스템의 최대 용량 값이 감소하고 수신 널링 기법을 사용한 간섭 제거는 최댓값에 근접하는 것을 볼 수 있다. FIG. 10K has the same antenna configuration as that of FIG. 10J, and shows interference cancellation performance using the reception nulling technique when the transmission power of the first and
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시 예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시 예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다. While the present invention has been described with reference to several preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. As such, those of ordinary skill in the art will appreciate that various changes and modifications can be made according to equivalents without departing from the spirit of the present invention and the scope of rights set forth in the appended claims.
도 1은 이러한 일반적인 중계 노드를 다수개 사용하는 무선 통신 네트워크에서 전송 기법을 설명하기 위한 도면. 1 is a diagram illustrating a transmission scheme in a wireless communication network using a plurality of such general relay nodes.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면. 2 is a view for explaining the structure of a wireless communication network according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 목적 노드에서의 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면. 3 is a view for explaining a method for canceling interference in a target node according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드에서의 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면. 4 is a diagram illustrating an interference cancellation method using a transmission nulling technique in a relay node according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드에서의 수신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면. 5 is a diagram illustrating an interference cancellation method using a reception nulling technique in a relay node according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중계 노드의 송신 전력 분배 기법을 설명하기 위한 도면. 6 is a diagram illustrating a transmission power distribution scheme of a relay node according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 통신 네트워크의 구조를 설명하기 위한 도면. 7 is a view for explaining the structure of a wireless communication network according to another embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면. 8 illustrates an interference cancellation method using a transmission nulling technique according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 송신 널링 기법을 이용한 간섭 제거 방법을 설명하기 위한 도면. 9 illustrates an interference cancellation method using a transmission nulling technique according to an embodiment of the present invention.
도 10a 내지 도 10k는 본 발명의 실시 예에 따른 교대 전송 및 간섭 제거 기 법의 효과를 설명하기 위한 도면. 10A to 10K are diagrams for explaining the effects of alternating transmission and interference cancellation techniques in accordance with an embodiment of the present invention.
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