KR20100064191A - 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법, 데이터 송신장치, 및 통신 시스템 - Google Patents

다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법, 데이터 송신장치, 및 통신 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 기지국이 제1 단말로부터 상기 기지국과 상기 제1 단말간 채널의 정보(Hd,1)를 수신하는 단계, 상기 기지국이 상기 Hd,1를 이용하여 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 생성하는 단계, 상기 기지국이 중계기로 제1 데이터를 전송하는 단계, 및 상기 중계기가 상기 제1 데이터를 상기 제1 단말로 전송하고, 상기 기지국이 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 이용해 변환한 제2 데이터를 상기 제2 단말로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방에 의하면 중계기가 단말로 데이터를 전송할 시 기지국이 다른 단말로 효율적으로 데이터를 전송할 수 있으므로, 기존의 전송 방식으로 인하여 낭비되던 자원을 효율적으로 사용할 수 있으며, 기지국의 전체적인 데이터 전송률을 향상시킬 수 있다.
다중 홉 시스템, 프리코딩 매트릭스

Description

다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법, 데이터 송신 장치, 및 통신 시스템{Method, Apparatus and System for transmit data in multi hop relay system}
본 발명은 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법, 데이터 송신 장치, 및 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 기지국이 MIMO(Multi-Input/Multi output) 기법을 이용하여 하향 링크 데이터를 신호 간 간섭을 최소화하여 전송하는 방법, 장치 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.
광대역 무선 접속 통신 시스템에서는 기지국과 단말기(Mobile station) 간에 하나의 직접 링크(Direct link)로 통신이 이루어지므로, 상기 단말기와 기지국 간에 신뢰도가 높은 무선 통신링크를 쉽게 구성할 수 있다. 그러나 상기 고정된 기지국의 위치는 무선망 구성의 유연성(Flexibility)을 낮게 하고, 이에 따라 트래픽 분포나 통화 요구량의 변화가 심한 무선 환경에서 효율적인 서비스를 제공하기 어려운 단점이 있다. 상기 단점을 극복하기 위해 상기 광대역 무선 접속 통신 시스템에서는 주변의 중계기(Relay station)들을 이용하여 다중 홉 형태로서 데이터를 전달하는 릴레이 시스템을 이용한다. 또한, 다중 홉 릴레이 시스템은 주변 환경변화 에 대해 빠르게 네트워크를 재구성할 수 있으며, 전체 무선망을 보다 효율적으로 운용할 수 있게 된다. 따라서 차세대 이동통신 시스템에서 요구되는 자율 적응형 무선 통신망은 다중 홉 릴레이 광대역 무선 접속 통신시스템을 모델로 하여 현실적으로 구현할 수 있다.
다중 홉 릴레이 통신시스템에서 중계기는 반이중(Half-duplex)모드로 동작하며, 기지국에서 데이터를 수신하는 수신 모드에서 전송 모드로 바꾼 후 다음 시간 슬롯을 이용하여 전송할 신호를 단말로 전송한다. 따라서 기존의 방식은 중계기가 단말로 데이터를 전송할 시 기지국이 다른 단말로 데이터를 전송하면 기지국에서 전송되는 신호가 중계기가 단말로 전송하는 신호에 간섭으로 작용하기 때문에, 기지국은 데이터 전송에 제약을 받는다.
또한 하향링크에서 기지국이 중계기로 데이터를 첫번째 시간 슬롯을 이용하여 전송한 후 두번째 시간 슬롯에서 중계기가 단말에게 데이터를 전송하는 동안, 기지국은 새로운 데이터를 전송할 수 없기 때문에 실제 기지국에서 단말까지 데이터를 전송하는데 걸리는 시간이 2배가 되어 자원의 낭비가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 기지국에서 중계기를 거쳐 단말로 가는 하향링크 데이터 전송 과정에서 첫 번째 시간 슬롯에서는 기지국이 중계기로 데이터를 전송하고 두 번째 슬롯에서 중계기가 단말로 데이터를 전송할 경우, 기지국이 데이터를 수신하는 단말에게 미치는 간섭을 최소화하면서 다른 단말로 데이터를 동시에 전송함으로써, 다중 홉 릴레이 통신시스템의 자원 낭비 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법에 관한 것으로서, 기지국이 제1 단말로부터 상기 기지국과 상기 제1 단말간 채널의 정보(Hd,1)를 수신하는 단계, 상기 기지국이 상기 Hd,1를 이용하여 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 생성하는 단계, 상기 기지국이 중계기로 제1 데이터를 전송하는 단계, 및 상기 중계기가 상기 제1 데이터를 상기 제1 단말로 전송하고, 상기 기지국이 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 이용해 변환한 제2 데이터를 상기 제2 단말로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 기지국이 상기 기지국의 제어를 받는 상기 제1 단말을 제외한 둘 이상의 단말로부터 상기 기지국과 상기 둘 이상의 단말간의 채널들의 정보를 수신하는 단계, 상기 기지국이 상기 기지국과 상기 둘 이상의 단말간의 채널들의 정보를 이용하여 상기 둘 이상의 단말 중 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스 전송 시 전송율이 최대가 되는 채널에 연결된 단말을 상기 제2 단말로 선정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법, 데이터 송신 장치, 및 통신 시스템에 의하면 중계기가 단말로 데이터를 전송할 시 기지국이 다른 단말로 효율적으로 데이터를 전송할 수 있으므로, 기존의 전송 방식으로 인하여 낭비되던 자원을 효율적으로 사용할 수 있으며, 기지국의 전체적인 데이터 전송률을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 일반적인 다중 홉 릴레이 시스템의 개략적인 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 기지국(BS)(101)의 영역에 포함되는 단말(MS3)(111)은 상기 기지국(101)과 직접 링크로 연결되고, 상기 기지국(101)의 영역 밖에 위치하여 상기 기지국(101)으로부터의 채널 상태가 열악한 단말들(MS1, MS2)(107, 109)은 각각 중계기(RS1, RS2)(103, 105)를 통해 중계 링크로 상기 기지국(101)에 연결된다. 즉, 상기 기지국(101) 영역의 외곽에 위치하거나 건물 등에 의해 차폐 현상이 심한 음영 지역에서 상기 단말들(107, 109)이 상기 기지국(101)과 통신을 수행할 경우, 보다 우수한 무선 채널을 제공하기 위해 상기 중계기들(RS1, RS2)(103, 105)을 이용하여 링크를 연결하여 상기 기지국(101)과 통신을 수행한다. 따라서 상기 기지국(101)은 채널 상태가 열악한 셀 경계 지역에서 상기 다중 홉 릴레이 기법을 적용하여 고속의 데이터 채널을 제공할 수 있으며, 상기 셀 서비스 영역을 확장시킬 수 있다.
여기서, 상기 다중 홉 릴레이 방식의 광대역 무선 접속 통신시스템은 상기 중계국(RS1, RS2)(103, 105)을 이용하여 통신을 수행하기 위해 시간 축으로 2개의 전송 구간(이하 'PHASE'라 칭함)을 가지는 프레임을 사용한다. 다시 말해, 프레임의 PHASE-I을 통해서 기지국(BS)-중계기(RS) 또는 기지국(BS)-단말(MS) 간 전송, 즉 직접 링크를 이용한 통신이 이루어지고, 주파수를 재사용하여 PHASE-II를 통해서 중계기(RS)-단말(MS) 간 전송, 즉 상기 PHASE-I 동안에 상기 중계기가 상기 기지국으로부터 수신한 정보를 단말로 송신하는 중계 통신이 이루어진다. 이때, 상기 PHASE-II 전송 과정에서 상기 중계기(RS)가 송신하는 전파는 자기 단말에게는 신호(실선)로 작용하고, 인접 단말에게는 간섭(점선)으로 작용한다.
한편, 상술한 바와 같이 기지국은 PHASE-II에서 다른 단말로의 데이터 전송에 제약을 받는 문제점이 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술로서 공간 재사용 릴레이 시스템(Relay system with spatial reuse)이 제시되었다. 이는 한 셀 내에 여러 개의 중계기가 존재할 경우 각각의 중계기가 지리적으로 떨어져 있어서 서로 간섭을 주는 정도가 적은 중계기끼리 동시에 동일한 자원을 이용하여 데이터를 전송하는 기법이지만, 기지국이 동시에 데이터를 전송할 중계기들을 알려주고 관리해야 하는 신호체계의 부담이 있으며, 기지국의 하향링크 스케쥴러가 많은 양의 피드백 정보를 요구하게 되어 시스템의 오버헤드가 증가한다는 문제점이 있다.
또한 2개의 소스 노드와 릴레이 노드가 존재할 경우, 첫번째 시간 슬롯을 이용하여 각 소스 노드가 동시에 릴레이 노드에게 데이터를 전송하고, 두번째 시간 슬롯을 이용하여 릴레이 노드가 각 소스 노드에게 데이터를 방송(broadcast)하는 Two-phase relaying 기법이 제안되었다. 그러나 이 기술의 경우, 소스 노드들이 릴레이 노드를 통하여 각자의 데이터를 송수신하는 Ad-hoc 통신 상황에서 적합한 통신 방식이고, 기지국, 중계기, 단말로 구성되어 있는 통신 시스템에는 적합하지 않다. 이 기술의 경우, 성능의 향상을 위해서는 각 채널이 서로 비슷한 채널 이득값을 가지는 것이 바람직하며, 일반적으로 중계기와 기지국 사이의 채널은 중계기에서 단말까지의 채널에 비하여 훨씬 우수한 경우가 많이 때문이다.
따라서 본 발명은 다중 홉 릴레이 시스템의 하향링크에서 기지국의 다중 안테나를 이용하여 중계기가 이동단말로 데이터를 전송할 때, 동일한 자원으로 기지국도 데이터를 전송할 수 있도록 하는 기법을 제안하고자 한다.
도 2는 본 발명의 실시예로서 다중 홉 릴레이 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 다중 홉 릴레이 시스템은 기지국(201), 중계기(202) 및 다수의 단말들(203, 204)로 구성된다. 본 실시예에서는 발명의 이해를 돕기 위해 기지국(201)이 관장하는 셀 내에 한 개의 중계기(202)가 있는 것으로 가정하고 중계기(202)를 통하여 데이터를 수신하는 제1 단말(203)도 한 개가 존재한다고 가정한다. 기지국(201)에서 중계기(202)까지의 무선 채널을 Hr(205)이라 하고, 기지국(201)에서 중계기(202)에 연결되어 있는 제1 단말(203)까지의 채널을 Hd,k(206)라 한다. 또한 중계기(202)에서 연결되어 있는 제1 단말(203)까지의 채널은 Hr,k(207)라 한다. 이 경우 종례의 데이터 전송 방법에 의하여 제1 단말(203)이 제1 시간 슬롯과 제 2 시간 슬롯에서 수신하는 신호는 아래 식 1 및 식 2와 같다.
식 1. - 제1 시간 슬롯에서의 수신 신호
Figure 112008083765944-PAT00001
식 2. - 제 2 시간 슬롯에서의 수신 신호
Figure 112008083765944-PAT00002
상술한 바와 같이 종래 전송 방식에 의하면 제1 시간 슬롯에서 기지국(201)이 중계기(202)로 데이터를 전송하고, 제2 시간 슬롯에서 중계기(202)가 제1 단말(203)로 데이터를 전송하지만 기지국(201)은 데이터를 전송하지 않는다.
그러나 본 발명의 전송 방법에 의하면 제2 시간 슬롯에서 기지국(201)도 제2 단말(204)로 데이터를 전송한다. 기지국(201)에서는 제2 시간 슬롯에서 제2 단말(204)로 데이터를 전송할 때, 다중 안테나 기법을 이용할 수 있다. 본 발명에서는 2가지 신호 처리 방식을 제안한다. 첫째는 널링(Nulling) 방식으로 Hd,k채널(206)의 널 공간(Null space)에 신호를 투영하여 프리코딩 신호를 생성하고 이를 이용하여 제2 시간 슬롯에서 중계기(202)로부터 데이터를 수신하는 제1 단말(203)에게 가는 간섭을 원천적으로 없애는 방식이다. 둘째는, 프리 화이트닝(Pre-whitening) 방식으로 제2 시간 슬롯에서 기지국(201)이 제2 단말(204)로 데이터를 전송할 때 Hd,k채널(206)를 고려하여 기지국(201)에서 제2 단말(204)로 전송하는 신호가 Hd,k채널(206)에 미치는 간섭이 백색 잡음 형태의 특성을 가지도록 하는 방식이다.
널링 방식의 경우 제2 시간 슬롯에서 기지국(201)이 제2 단말(204)로 데이터를 전송함에도 불구하고, Hd,k채널(206)에는 간섭을 일으키지 않는다. 따라서 제2 시간 슬롯에서 중계기(202)와 제1 단말(203) 사이의 통신은 기지국(201)의 동작과 분리하여 동작시킬 수 있다. 식 3과 식 4는 널링 기술 적용 시 제1 단말이 수신하는 신호를 나타내며, 식 5는 제2 단말이 제2 시간 슬롯에서 수신하는 신호를 나타낸다. 여기서 프리코딩 매트릭스 Ｖ는 Hd,k*Ｖ=0을 만족하는 신호이다.
식 3. - 제1 시간 슬롯에서 제1 단말의 수신 신호
Figure 112008083765944-PAT00003
식 4. - 제2 시간 슬롯에서 제1 단말의 수신 신호
Figure 112008083765944-PAT00004
식 5. - 제2 시간 슬롯에서 제2 단말의 수신 신호
Figure 112008083765944-PAT00005
식 4에서 볼 수 있듯이 제1 단말(203)에서 수신되는 간섭 신호는 상쇄된다. 그러나 이를 위하여 기지국(201)에서는 제2 시간 슬롯에서 전송할 수 있는 데이터 스트림의 수가 다음 식으로 제한된다.
식 6.
Max. Number of stream at the 2ndtime-slot= min{(N BS -N MS1 ),N MS2 }
위 식 6에서 NBS, NMS1 및 NMS2는 각각 기지국, 제1 단말 및 제2 단말의 안테나 수를 의미한다.
다음으로 프리 화이트닝 기법을 설명한다. 프리 화이트닝 방식의 경우 기지국(201)이 제2 단말(204)로 전송하는 신호에 프리코딩 매트릭스 W를 곱하여 전송한다. 이러한 신호는 제2 시간 슬롯에서 중계기(202)를 통하여 데이터를 수신하는 제1 단말(203)에게 간섭을 일으키지만 백색 가우시안 잡음의 형태로 간섭이 도착하므로, 제1 단말(203)이 별도의 간섭 제거 기법을 사용하지 않고 기존의 방식대로 중 계기(202)와의 통신을 유지할 수 있다. 다만 제1 단말의 경우 정해진 추가 잡음(Q)의 값을 정의하고 중계기에서 데이터 전송률을 결정할 때 이 추가 잡음(Q)을 고려하여 데이터를 전송하여야 한다.
식 7과 식 8은 프리 화이트닝 기법 적용한 프리코딩 매트릭스 Ｗ를 이용하여 시 제1 단말이 수신하는 신호를 나타내며, 식 9는 제2 단말이 제2 시간 슬롯에서 수신하는 신호를 나타낸다.
식 7. - 제1 시간 슬롯에서 제1 단말의 수신 신호
Figure 112008083765944-PAT00006
식 8. - 제1 시간 슬롯에서 제1 단말의 수신 신호
Figure 112008083765944-PAT00007
식 9. - 제1 시간 슬롯에서 제1 단말의 수신 신호
Figure 112008083765944-PAT00008
식 8은 간섭 부분이 간단히 백색 가우시안 잡음 형태로 모델링 되는 것을 나타내며, 이는 제1 단말에서 간단히 백색 가우시안 잡음의 레벨을 조정하는 것으로 조절이 가능하다는 것을 의미한다. 프리 화이트닝 방식의 경우는 제2 시간 슬롯에서 데이터를 전송할 수 있는 최대 스트림의 개수가 기지국 안테나 개수가 된다.
한편 식 8을 참조하면 Q의 값이 데이터 전송률에 영향을 미침을 알 수 있다. 예를 들어, Q의 값이 클 경우 제1 단말(203)에게 많은 간섭을 미치므로, 제1 단말의 전송률은 떨어진다. 반대로, Q의 값이 작을 경우, 제1 단말(203)에게는 큰 영향이 없지만, 제2 단말(204)은 기지국(201)이 낮은 전송 전력으로 데이터를 전송하므로 제2 단말(204)의 데이터 전송률이 낮아지게 된다. 따라서 적절한 Q 값을 결정하여 운영하는 것이 필요하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 방법과 기존 데이터 전송 방법을 개략적으로 비교하고 있는 도면이다. 도 3에서 MSk는 중계기에 연결되어 있는 단말을 지칭하며, MSi는 기지국이 제2 시간 슬롯에서 데이터를 전송하는 단말을 지칭한다.
도 3을 참조하면, 종례의 전송 방법(300)에 의하면 제1 시간 슬롯(301)에서는 기지국(BS)에서 중계기(RS)로 데이터를 전송하고, 제2 시간 슬롯(302)에서는 RS에서 MSk로 데이터를 전송한다. 그러나 본 발명의 실시예에 의하면 제1 시간 슬롯(351)에서는 BS에서 RS로 데이터를 전송하고, 제2 시간 슬롯(352)에서는 RS에서 MSk로 데이터를 전송하고 동시에 같은 자원을 사용하여 BS에서 MSi로 데이터를 전송한다. 따라서 본 발명에 의하면 기존 방식에서 지적되어왔던 자원의 낭비를 해결하고 효율적 데이터를 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예를 수행하는 송신기의 구조를 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 송신기는 스케줄러(401), 부호기(402), 자원맵핑 부(403), MIMO 부호기(404), 빔포머(Beamformer, 405), OFDM 심볼 생성부(406), IFFT 처리부(407), RF 송신부(408), 피드백 수신부(410)를 포함한다.
피드백 수신부(410)는 단말들로부터 주기적으로 피드백되는 채널정보들(Hd,k, Hd,i, Hr)을 수신하여 스케줄러(401)로 제공한다.
스케줄러(401)는 단말 각각에 대해서 채널정보를 소정 윈도우 크기로 버퍼링하며, 상기 버퍼링된 소정 개수의 채널정보들을 이용해서 평균 채널 변화량을 산출하고, 가장 최근의 채널정보와 상기 평균 채널 변화량을 이용해서 다음 채널상태를 예측한다. 그리고, 상기 스케줄러(401)는 단말들 각각에 대한 채널상태 예측값을 이용해서 단말들의 스케줄링 우선순위를 결정하고, 상기 결정된 우선순위에 따라 자원 할당을 수행하며, 상기 자원 할당 결과에 따라 데이터 전송을 제어한다. 특히 본 발명에 있어 스케줄러(401)는 피드백 수신부(410)로부터 수신한 채널정보들(Hd,k, Hd,i, Hr)를 빔포머(405)로 전달한다.
부호기(402)는 상기 스케줄러(402)로부터 입력된 데이터들을 버스트 단위로 부호화하여 부호화 데이터를 출력한다. 여기서, 해당 버스트의 부호율은 상기 스케줄러(402)의 스케줄링 결과에 따라 결정된다. 예를들어, 상기 부호기(402)는 길쌈부호기(convolutional encoder), 터보부호기(turbo encoder), CTC(convolutional Turbo Code)부호기, LDPC(low density parity check)부호기 등으로 구성될수 있다.
자원매핑부(403)는 상기 부호기(402)로부터의 입력된 부호화 데이터들을 상기 스케줄러(402)의 스케줄링 결과에 따라 부반송파에 매핑하여 출력한다. 즉, 상 기 자원매핑부(403)는 부호화 데이터들을 부반송파에 매핑하여 프레임 단위로 정렬한다. 또한, 상기 정렬된 부호화 데이터들을 시간 동기에 근거해서 OFDM심볼 단위로 순차로 출력한다.
MIMO 부호기(404)는 상기 자원매핑부(403)로부터 입력된 OFDM심볼의 비트들을 서로 교환함으로써, 상기 OFDM심볼이 복수(최대 M까지)의 안테나를 통해 다중 전송될 수 있도록 한다.
또한 수신기는 MIMO 지원을 위해 빔포머(405)를 포함하고 있으며, 스케줄러에서 입력된 피드백 정보를 기반으로 프리코딩 매트릭스(420)를 생성하고 신호에 적용시킨다. 다시 말해 빔포머(405)에서는 널링 방식 또는 프리 화이트닝 방식을 위한 프리코딩 매트릭스를 생성하고 신호에 적용한다.
OFDM 심볼 생성부(406)는 상기 정렬된 부호화 데이터들을 시간 동기에 근거해서 OFDM심볼 단위로 순차로 출력한다. IFFT 처리부(407)는 상기 OFDM 심볼 생성부(406)로부터의 입력된 심볼들을 역 고속 퓨리에 변환(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)을 연산하여 시간영역의 샘플 데이터로 변환하고, 상기 샘플 데이터에 보호구간(CP : Cyclic Prefix)을 붙여 출력한다. RF 송신부(408)는 주파수 합성기 및 필터 등의 구성을 포함하며, IFFT 처리부(407)에서 입력된 데이터를 RF 대역 신호로 변환하여 송신한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 기지국에서 데이터를 전송하는 방법을 도시하는 순서도이다.
도 5를 참조하여 설명하면, 단계 501에서 기지국은 기지국과 중계기 사이의 채널 (Hr)의 정보를 피드백 받는다. 이 때, 기지국은 제2 시간 슬롯에서 중계기가 데이터를 전송하는 제1 단말(MS1)에 대한 정보도 같이 전송된다. 또한 기지국은 단계 502에서 MS1과 기지국 사이의 채널(Hd,1)의 정보를 피드백 받는다. 단계 503에서 기지국은 Hd,1의 정보를 이용하여 널링 또는 프리 화이트닝 기술을 적용하고, 결과적으로 그에 해당하는 프리코딩 매트릭스를 생성한다.
계속하여 단계 504에서 기지국은 제2 시간 슬롯에서 데이터를 전송 받을 수 있는 다수의 단말들과 연결된 채널들(Hd,m)을 피드백 받는다. 이 때 다수의 단말들은 중계기로부터 받는 간섭을 고려하여 자신의 채널상황을 피드백 할 수 있다. 물론, 여기서 이 간섭의 양이 얼마 이하가 되지 않으면, 채널상황을 피드백하지 않는 선택적(opportunistic) 피드백 방식을 취할 수도 있다.
단계 505에서는 다수의 단말들과 연결된 채널들(Hd,m) 중에서 프리코딩 매트릭스를 적용하였을 시 가장 전송률이 좋은 채널(Hd,2)을 선정하고 이와 연결된 단말을 제2 단말(MS2)로 결정한다. 단계 506에서 기지국은 중계기로 제1 단말로 전송하고자 하는 데이터를 Hr을 통해 송신한다.(제1 시간 슬롯) 계속하여, 단계 507에서 기지국은 프리코딩 매트릭스를 이용하여 제2 단말로 Hd,2를 통해 데이터를 전송한다. 이 경우 중계기는 제1 단말로 데이터를 전송한다.(제2 시간 슬롯)
도 6는 본 발명에 따른 다른 실시예에서 기지국, 중계기 및 단말들 간의 송 수신되는 신호의 흐름도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 단계 601에서 중계기는 기지국으로 기지국과 중계기 사이의 채널 (Hr)의 정보를 전송한다. 이때 중계기는 제2 시간 슬롯에서 중계기가 데이터를 전송하는 제1 단말(MS1)에 대한 정보도 같이 전송할 수 있다. 또한 제1 단말은 단계 602에서 제1 단말과 기지국 사이의 채널(Hd,1)의 정보를 전송한다.이러한 정보를 이용하여 기지국은 상술한 널링 또는 프리 화이트닝 기술을 적용하고, 결과적으로 그에 해당하는 프리코딩 매트릭스를 생성한다.
계속하여, 기지국의 제어를 받는 다수의 단말들은 단계 603에서 자신과 기지국 사이의 채널들에 대한 정보를 전송한다. 이 때 다수의 단말들은 중계기로부터 받는 간섭을 고려하여 자신의 채널상황을 피드백 할 수 있다 이러한 정보를 이용하여 기지국은 다수의 단말들과 연결된 채널들 중에서 프리코딩 매트릭스를 적용하였을 시 가장 전송률이 좋은 채널(Hd,2)을 선정하고 이와 연결된 단말을 제2 단말(MS2)로 결정한다.
계속하여, 단계 604에서 기지국은 중계기로 제1 단말로 전송하고자 하는 데이터를 Hr을 통해 송신한다. 즉 단계 604는 상술한 제1 시간 슬롯을 지칭한다. 계속하여, 단계 605에서 중계기는 제1 단말로 데이터를 전송하며, 기지국은 단계 606에서 프리코딩 매트릭스를 이용하여 제2 단말로 Hd,2를 통해 데이터를 전송한다. 즉 단계 605 및 단계 606은 상술한 제2 시간 슬롯을 지칭한다.
도 7은 본 발명의 실시예 중 널링 기법을 적용하여 데이터를 전송할 경우 기존 방식과 비교하여 기지국의 데이터 전송률을 비교한 도면이다. 여기서 세로축은 데이터 전송률을 나타내며 가로축은 제2 시간 슬롯에서 데이터를 받을 수 있는 단말의 수를 나타낸다.
도 7을 참조하여 설명하면, 종래 방식(701)의 경우 제2 시간 슬롯에서 데이터를 받을 수 있는 단말의 수와 상관없이 동일한 데이터 전송률을 가지지만, 제안된 방식의 경우 기존에 중계기와 연결된 단말의 데이터 전송률(702)에 영향을 주지 않으면서 제2 시간 슬롯에서 데이터를 받을 수 있는 단말의 수가 증가할수록 추가적인 데이터 전송률(703)을 얻을 수 있다. 따라서 널링 기법을 적용하여 데이터를 전송할 경우의 기지국의 데이터 전송률(704)는 종래 방식(701)에 의한 경우에 비하여 월등히 전송률이 상승하는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예 중 프리 화이트닝 기법을 적용하여 데이터를 전송할 경우 기존 방식과 비교하여 기지국의 데이터 전송률을 비교한 도면이다. 여기서 세로축은 데이터 전송률을 나타내며 가로축은 제2 시간 슬롯에서 데이터를 받을 수 있는 단말의 수를 나타낸다.
도 8을 참조하여 설명하면, 종래의 방식에 의한 데이터 전송률(801)에 비하여 제1 단말로 전송하는 데이터의 전송률(802)은 제2 시간 슬롯에서 발생한 간섭의 양 (Q)로 인하여 약간의 성능 열화를 보이고 있다. 그러나 추가적으로 보낼 수 있는 데이터 전송률(803)이 발생하므로, 이를 합산하면 더하면 결국 제안된 방식에 의한 데이터 전송률(804)이 종래 방식에 비하여 더 높은 데이터 전송률을 보이는 것을 확인 할 수 있다.
한편 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 일반적인 다중 홉 릴레이 시스템의 개략적인 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예로서 다중 홉 릴레이 시스템의 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 데이터 전송 방법과 기존 데이터 전송 방법을 개략적으로 비교하고 있는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예를 수행하는 송신기의 구조를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 기지국에서 데이터를 전송하는 방법을 도시하는 순서도.
도 6는 본 발명에 따른 다른 실시예에서 기지국, 중계기 및 단말들 간의 송수신되는 신호의 흐름도.
도 7은 본 발명의 실시예 중 널링 기법을 적용하여 데이터를 전송할 경우 기존 방식과 비교하여 기지국의 데이터 전송률을 비교한 도면.
도 8은 본 발명의 실시예 중 프리 화이트닝 기법을 적용하여 데이터를 전송할 경우 기존 방식과 비교하여 기지국의 데이터 전송률을 비교한 도면.

Claims (12)

  1. 기지국이 제1 단말로부터 상기 기지국과 상기 제1 단말간 채널의 정보(Hd,1)를 수신하는 단계;
    상기 기지국이 상기 Hd,1를 이용하여 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 생성하는 단계;
    상기 기지국이 중계기로 제1 데이터를 전송하는 단계; 및
    상기 중계기가 상기 제1 데이터를 상기 제1 단말로 전송하고, 상기 기지국이 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 이용하여 제2 데이터를 제2 단말로 전송하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기지국이 상기 제1 단말을 제외한 둘 이상의 단말로부터 상기 기지국과 상기 둘 이상의 단말간의 채널들의 정보를 수신하는 단계;
    상기 기지국이 상기 기지국과 상기 둘 이상의 단말간의 채널들의 정보를 이용하여 상기 둘 이상의 단말 중 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스 전송 시 전송률이 최대가 되는 채널에 연결된 단말을 상기 제2 단말로 선정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스는
    상기 Hd,1의 널 공간(Null Space)에 속하는 신호인 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스는
    상기 제1 단말에서 백색 가우시안 잡음으로 수신되는 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 전송 방법.
  5. 제1 단말과 연결된 채널의 정보(Hd,1)를 수신하는 피드백 수신부;
    전송 데이터를 관리하고 이를 스케줄링 하는 스케줄러; 및
    상기 Hd,1를 이용하여 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 생성하고, 제2 단말로 데이터 전송 시 상기 전송 데이터 중 제2 단말로 전송하는 데이터에 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 적용하는 빔포머;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 송신 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 피드백 수신부는 상기 제1 단말을 제외한 둘 이상의 단말로부터 상기 둘 이상의 단말과 연결된 채널들의 정보를 수신하고,
    상기 스케줄러는 상기 둘 이상의 단말간의 채널들의 정보를 이용하여 상기 둘 이상의 단말 중 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스 전송 시 전송률이 최대가 되는 채널에 연결된 단말을 상기 제2 단말로 선정하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 송신 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스는
    상기 Hd,1의 널 공간(Null Space)에 속하는 신호인 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 송신 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스는
    상기 제1 단말에서 백색 가우시안 잡음으로 수신되는 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 시스템에서 데이터 송신 장치.
  9. 기지국, 중계기, 제1 단말 및 제2 단말을 포함하는 다중 홉 릴레이 시스템으로서,
    상기 중계기는 상기 기지국으로부터 제1 데이터를 수신하여 상기 제1 단말로 전송하며,
    상기 기지국은 상기 제1 단말로부터 상기 기지국과 상기 제1 단말간 채널의 정보(Hd,1)를 수신하고, 상기 Hd,1를 이용하여 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 생성하 며, 상기 중계기가 상기 제1 데이터를 상기 제1 단말로 전송할 경우 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스를 이용하여 제2 데이터를 상기 제2 단말로 전송하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 통신 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 기지국은
    상기 제1 단말을 제외한 둘 이상의 단말로부터 상기 기지국과 상기 둘 이상의 단말간의 채널들의 정보를 수신하고, 상기 기지국과 상기 둘 이상의 단말간의 채널들의 정보를 이용하여 상기 둘 이상의 단말 중 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스 전송 시 전송률이 최대가 되는 채널에 연결된 단말을 상기 제2 단말로 선정하는 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 통신 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스는
    상기 Hd,1의 널 공간(Null Space)에 속하는 신호인 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 통신 시스템.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 간섭 제거 프리코딩 매트릭스는
    상기 제1 단말에서 백색 가우시안 잡음으로 수신되는 것을 특징으로 하는 다중 홉 릴레이 통신 시스템.
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