KR20100071641A - 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 데이터 구성 장치 및 방법 - Google Patents

협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 데이터 구성 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 데이터 구성 장치가 개시된다. 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 복조 방법은 상기 심볼간 직교 기법에 필요한 심볼이 구성되기 위해 중첩 심볼이 필요한 경우에만 중첩 심볼을 전송하고, 그 외에는 일반 심볼을 전송하는 단계; 소스 전송기와 중계기로부터 수신한 심볼 중에서 신뢰도가 높은 심볼을 복조 하는 단계; 복조 된 상기 심볼을 사용하여 중첩 심볼을 복조 하는 단계; 상기 중첩 심볼로 간섭 신호 성분을 제거하여 나머지 심볼을 복조 하는 단계; 다른 심볼을 복조 하는 단계; 상기 다른 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값이 상기 중첩 심볼의 값과 동일한가 확인하는 단계; 상기 중첩 심볼과 상기 다른 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값이 다르면, 상기 다른 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값을 사용하여 상기 중첩 심볼이 영향을 준 신호 성분을 제거하는 단계; 및, 상기 신뢰도가 높은 심볼을 재 복조 하는 단계를 포함한다.
협력통신, 계층변조, 알라마우티 코딩, 중첩 심볼, 간섭 심볼.

Description

협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 데이터 구성 장치 및 방법 {MAXIMUM DIVERSITY-MULTIPLEXING GAIN PROTOCOL AND UTILIZING METHOD FOR INTERFERENCE SYMBOLS IN COOPERATIVE WIRELESS COMMUNICATION}
본 발명의 일실시예들은 협력 무선통신(Cooperative Wireless Communication) 시스템에 필연적으로 존재할 수 밖에 없었던 대기시간부분 (Listening part)을 없애기 위하여 계층변조 (Layered modulation) 기법을 효과적으로 이용하는 방법 및 이때 필연적으로 발생되는 심볼간 간섭의 영향을 능동적으로 줄이기 위하여 오히려 이 간섭 심볼을 이용하여 변조 레벨에서 심볼오류방지 절차를 도입하여 심볼 검출확률을 높이는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-002-02, 과제명: Multi-Gigabit 무선 인터페이스 기술 개발].
협력 무선통신에서 분산 시공간 코딩을 위하여 중계기는 증폭 및 전달하는 AF 방법과 복호 및 전달하는 DF 방법을 주로 사용한다.
이때, 이들을 위한 프로토콜 동작은 모두 대기시간부분(Listening part)과 협력시간부분(Cooperation part)로 나누어 지는데, 이 대기시간부분 때문에 항상 전송률이 최대 1/2까지 줄어들게 된다.
따라서, 상기의 대기시간부분을 없앤 비직교 AF 방법 (Non-orthogonal Amplify and Forward, NAF) 이 개발되었다.
상기 비직교 AF 방법은 전송율을 증가시키며, 이에 따라 상대적으로 줄어든 다이버시티 이득을 최대화 하기 위하여 비 직교성 신호(Non-orthogonal signaling)를 이용하여 다이버시티 이득을 보상하는 방법이다.
그러나 상기 비직교 AF 방법은 전송율 증가로 멀티플렉싱 이득은 증가하지만, 신호의 비직교성 등의 이유 때문에 다아비시티 이득은 크게 개선되지 않는 한계가 있었다.
따라서, 다이버시티-멀티플렉싱 이득을 극대화할 수 있으며, 심볼 검출확률을 높일 수 있는 장치와 방법이 필요한 실정이다.
본 발명의 일실시예들은 중첩 심볼이 필요한 경우에만 계층변조 (Layered modulation) 기법을 사용함으로써 다이버시티-멀티플렉싱 이득을 극대화할 수 있는 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 데이터 구성 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일실시예들은 통상의 변조심볼들과 계층변조들 간의 심볼간 비대칭성으로 인하여 알라마우티 시공간 코딩시 심볼간 직교성이 떨어져서 필연적으로 발생되는 간섭 심볼을 이용하여 변조 레벨에서 심볼오류를 방지함으로써 심볼 검출확률을 높일 수 있는 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 데이터 구성 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템은 중계기와 수신기로 심볼을 전송하는 소스 전송기와 상기 심볼을 변조하여 상기 수신기로 전송하는 상기 중계기가 심볼간 직교 기법을 사용하는 중계기 기반 무선 통신 시스템에 있어서,
상기 소스 전송기는 상기 심볼간 직교 기법에 필요한 심볼이 구성되기 위해 중첩 심볼이 필요한 경우에만 중첩 심볼을 전송하고, 그 외에는 일반 심볼을 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉 싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 전송 방법은 초기 정보를 전송하는 단계; 중첩 심볼이 필요한 시점인지를 확인하는 단계; 상기 중첩 심볼이 필요한 시점이 아니면 일반 변조로 생성된 일반 심볼을 전송하는 단계; 및, 상기 중첩 심볼이 필요한 시점이면 기저 심볼에는 일반 심볼을 매핑하고, 중첩 심볼에는 중계기를 위한 심볼을 매핑하는 계층 변조로 생성된 계층 심볼을 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 중계 방법은 소스 전송기로부터 수신한 초기 정보에 포함된 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여한 심볼을 수신기로 전송하는 단계; 상기 소스 전송기로부터 수신한 심볼이 일반 심볼인가 계층 심볼인가를 확인하는 단계; 상기 소스 전송기로부터 수신한 일반 심볼의 켤레 복소수 심볼을 수신기로 전송하는 단계; 상기 소스 전송기로부터 수신한 계층 심볼에서 중첩 심볼을 결정하는 단계; 및, 상기 중첩 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여한 심볼을 수신기로 전송하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 복조 방법은 소스 전송기와 중계기로부터 수신한 심볼 중에서 신뢰도가 높은 심볼을 복조 하는 단계; 복조 된 상기 심볼을 사용하여 중첩 심볼을 복조 하는 단계; 상기 중첩 심볼로 간섭 신호 성분을 제거하여 나머지 심볼을 복조 하는 단계; 다른 심볼을 복조 하는 단계; 상기 다른 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값이 상기 중첩 심볼의 값과 동일한가 확인하는 단계; 상기 중첩 심볼과 상기 다른 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값이 다르면, 상기 다른 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값을 사용하여 상기 중첩 심볼이 영향을 준 신호 성분을 제거하는 단계; 및, 상기 신뢰도가 높은 심볼을 재 복조 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예들은 중첩 심볼이 필요한 경우에만 계층변조 (Layered modulation) 기법을 사용함으로써 다이버시티-멀티플렉싱 이득을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예들은 통상의 변조심볼들과 계층변조들 간의 심볼간 비대칭성으로 인하여 알라마우티 시공간 코딩시 심볼간 직교성이 떨어져서 필연적으로 발생되는 간섭 심볼을 이용하여 변조 레벨에서 심볼오류를 방지함으로써 심볼 검출확률을 높일 수 있다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 데이터 구성 장치의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템은 심볼간 직교 기법을 사 용하는 중계기 기반 무선 통신 시스템에 있어서, 소스 전송기(101) S가 심볼간 직교 기법에 필요한 심볼이 구성되기 위해 중첩 심볼이 필요한 경우에만 중첩 심볼을 전송하고, 그 외에는 일반 심볼을 전송하면, 중계기(102) R이 상기 소스 전송기에서 전송되는 상기 일반 심볼이나 상기 중첩 심볼을 2개씩 직교가 되도록 변조하여 수신기(103) D로 전송하고, 수신기(103)가 소스 전송기(101)와 중계기(102)에서 전송된 심볼을 복조 한다.
이때, 소스 전송기(101)는 초기 정보를 전송한 다음에 중첩 심볼이 필요한 시점인지를 확인하여 일반 심볼이나 중첩 심볼을 전송할 수 있다.
이때, 소스 전송기(101)는 상기 중첩 심볼이 필요한 경우에 기저 심볼에는 일반 심볼을 매핑하고, 중첩 심볼에는 중계기를 위한 심볼을 매핑하는 계층 변조로 생성된 계층 심볼을 전송할 수 있다. 또한, 소스 전송기(101)는 n이 정수일 경우에 2n+1번째의 전송 타이밍이나 2n번째의 전송 타이밍을 중첩 심볼이 필요한 시점으로 판단할 수 있다.
이때, 상기 초기 정보는 두 번째로 전송될 심볼에 임의의 전력 크기를 곱한 값이거나 필요 시 일반 심볼에 다음 전송된 심볼을 중첩한 정보일 수 있다.
이때, 중계기(102)는 소스 전송기(101)에서 전송되는 상기 일반 심볼이나 상기 계층 심볼을 2개씩 직교가 되도록 수신한 심볼을 배열, -부호 부여, 및 켤레 복소수로 만드는 변조 방법을 적용하여 수신기(103)로 전송할 수 있다.
또한, 중계기(102)는 소스 전송기(101)로부터 수신한 초기 정보에 포함된 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여한 심볼을 수신기(103)로 전송하고, 소스 전송 기(101)로부터 수신한 심볼이 상기 일반 심볼인가 상기 계층 심볼인가를 확인하여 상기 일반 심볼이면 상기 일반 심볼의 켤레 복소수 심볼을 수신기(103)로 전송하고, 상기 계층 심볼이면 상기 계층 변조로 생성된 심볼에서 중첩 심볼을 결정하고, 상기 중첩 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여한 심볼을 수신기(103)로 전송할 수 있다.
이때, 수신기(103)는 소스 전송기(101)와 중계기(102)로부터 수신한 심볼 중에서 신뢰도가 높은 심볼을 먼저 복조하고, 복조 된 심볼을 사용하여 중첩 심볼을 복조하며, 상기 중첩 심볼로 간섭 신호 성분을 제거하여 나머지 심볼을 복조 할 수 있다.
이때, 수신기(103)는 상기 수신기는 상기 중첩 심볼의 값과 일반 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값이 다르면, 상기 일반 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값을 사용하여 간섭 신호 성분을 제거한 다음에 상기 신뢰도가 높은 심볼을 재 복조 할 수 있다.
이때, 수신기(103)는 한 쌍의 직교 변조된 심볼들을 복조 하면서 생기는 신뢰도가 높은 일반 변조된 심벌과 중첩 변조된 상태로 직교 변조된 신뢰도가 낮은 심볼을 효율적으로 이용하기 위해서 1차 두 심볼을 그대로 복조 하되, 다음 두 심볼 직교 구간 동안에 나오는 심볼이 먼저 구간에 나온 신뢰도가 낮은 심볼의 원인이었던 간섭심벌과 동일 심볼이 되므로 이전 채널 이득과 곱하여 재생성 한 후 이를 이용하여 궤환 방식으로 간섭심볼을 제거하여 신뢰도가 높은 심볼로 변환 할 수 있다.
또한, 수신기(103)는 알라마우티 시공간 디코딩을 수행하여 상기 신뢰도가 높은 심볼을 복조 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 각 구성 간의 정보 전송 과정을 도시한 흐름도이다.
단계(S201)에서 소스 전송기(101)는 두 번째로 전송될 심볼에 임의의 전력 크기를 곱한 값인 상기 초기 정보를 중계기(102)와 수신기(103)로 전송한다.
단계(S202)에서 중계기(102)는 단계(S201)에서 수신한 상기 초기 정보에 포함된 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여한 변조된 초기 정보를 생성한다.
단계(S203)에서 소스 전송기(101)는 일반 변조로 생성된 일반 심볼을 중계기(102)와 수신기(103)로 전송하고, 중계기(102)는 단계(S202)에서 생성한 변조된 초기 정보를 수신기(103)로 전송한다.
단계(S204)에서 중계기(102)는 단계(S203)에서 수신한 상기 일반 심볼의 켤레 복소수를 변조된 일반 심볼로 생성한다.
단계(S205)에서 소스 전송기(101)는 계층 변조로 생성된 계층 심볼을 중계기(102)와 수신기(103)로 전송하고, 중계기(102)는 단계(S204)에서 생성한 변조된 일반 심볼을 수신기(103)로 전송한다.
단계(S206)에서 수신기(103)는 단계(S203)에서 수신한 변조된 초기 정보와 단계(S205)에서 수신한 변조된 일반 심볼 중에서 신뢰도가 높은 심볼을 먼저 복조하고, 복조 된 심볼을 사용하여 중첩 심볼을 복조하며, 상기 중첩 심볼로 간섭 신 호 성분을 제거한 다음에 나머지 심볼을 복조 할 수 있다.
단계(S207)에서 중계기(102)는 단계(S205)에서 수신한 상기 계층 심볼에서 중첩 심볼을 결정하고, 상기 중첩 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여한 변조된 계층 정보를 생성한다.
단계(S208)에서 소스 전송기(101)는 일반 변조로 생성된 일반 심볼을 중계기(102)와 수신기(103)로 전송하고, 중계기(102)는 단계(S207)에서 생성한 변조된 계층 정보를 수신기(103)로 전송한다.
단계(S209)에서 중계기(102)는 단계(S208)에서 수신한 상기 일반 심볼의 켤레 복소수를 변조된 일반 심볼로 생성한다.
단계(S210)에서 소스 전송기(101)는 계층 변조로 생성된 계층 심볼을 중계기(102)와 수신기(103)로 전송하고, 중계기(102)는 단계(S209)에서 생성한 변조된 일반 심볼을 수신기(103)로 전송한다.
단계(S211)에서 수신기(103)는 단계(S208)에서 수신한 변조된 계층 심볼과 단계(S210)에서 수신한 변조된 일반 심볼 중에서 신뢰도가 높은 심볼을 먼저 복조하고, 복조 된 심볼을 사용하여 중첩 심볼을 복조하며, 상기 중첩 심볼로 간섭 신호 성분을 제거하여 나머지 심볼을 복조 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 전송 시간 별 소스 전송기(101)와 중계기(102)가 전송하는 정보와 수신기(103)가 복조 하는 정보의 일례이다.
도 3을 참고하면, 첫 번째 심볼타임슬롯에서 소스 전송기(101)는 두 번째로 전송될 심볼에 임의의 전력 크기를 곱한 값인
Figure 112008087530779-PAT00001
(301)을 전송할 수 있다.
이때,
Figure 112008087530779-PAT00002
는 임의 전력크기이고,
Figure 112008087530779-PAT00003
는 두 번째로 전송될 복소 심볼일 수 있다.
다음으로, 두 번째 심볼타임슬롯에서 소스 전송기(101)는 첫째 심볼
Figure 112008087530779-PAT00004
(302)을 전송할 수 있다.
이때,
Figure 112008087530779-PAT00005
는 기저(base) 및 중첩(superposed) 계층 변조 심볼의 전력분배율이고,
Figure 112008087530779-PAT00006
은 첫 번째로 전송될 복소 심볼일 수 있다. 또한, 기저 심볼과 중첩 심볼의 전력분배율
Figure 112008087530779-PAT00007
는 가능한
Figure 112008087530779-PAT00008
로서 항상
Figure 112008087530779-PAT00009
이 되도록 결정하되, S->R링크상황에 따라서 너무 작게 잡지 않을 수 있다.
이때, 중계기(102)는 두 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00010
를 수신 및 복조 한 후 소스 전송기(101)와 협력 알라마우티 시공간 코딩 하여 수신기(103)로 전송할 수 있다.
이때, 중계기(102)는 일례로 두 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00011
를 켤레 복소수에 음수를 부친 형태인
Figure 112008087530779-PAT00012
(303)로 변조할 수 있다.
그리고, 세 번째 심볼타임슬롯에서 소스 전송기(101)는 두 번째로 전송될 심볼을 기저 심볼에 매핑하고, 네 번째로 전송될 심볼을 중첩 심볼로 매핑하도록 계층 변조하여 전송함으로써 전송률을 높일 수 있다.
이때, 소스 전송기(101)는 두 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00013
와 네 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00014
를
Figure 112008087530779-PAT00015
(304)로 계층 변조할 수 있다.
이때, 중계기(102)는 일례로 두 번째 심볼 타임 슬롯에서 전송된 첫 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00016
을 켤레 복소수인
Figure 112008087530779-PAT00017
(305)로 변조할 수 있다.
또한, 수신기(103)는 상기 두 번째 심볼타임슬롯과 상기 세 번째 심볼타임슬롯에서 알라마우티 시공간 디코딩을 수행하여 첫 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00018
과 두 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00019
를 결정하고 동시에 네 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00020
을 결정할 수 있다(306). 이때,
Figure 112008087530779-PAT00021
은 소스 전송기(101)에서 중계기(102)간 링크의 채널이득이고,
Figure 112008087530779-PAT00022
는 소스 전송기(101)에서 수신기(103)간 링크의 채널이득일 수 있다.
이후 네 번째 심볼타임슬롯과 다섯 번째 심볼타임슬롯에서 소스 전송기(101)는 각각 일반 심볼(307)과 계층 심볼(309)을 중계기(102)와 수신기(103)에 전송할 수 있으며, 중계기(102)는 수신한 심볼을 변조하여 변조된 계층 심볼(308)과 변조된 일반 심볼(310)을 수신기(103)에 전송할 수 있다.
이때, 수신기(103)는 네 번째 심볼타임슬롯과 다섯 번째 심볼타임슬롯에서 알라마우티 시공간 디코딩을 수행하여 세 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00023
과 네 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00024
를 결정하고, 동시에 중첩된 여섯 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00025
을 결정할 수 있다(311).
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 소스 전송기(101)의 심볼 전송 과정을 도시한 흐름도이다.
단계(S401)에서 소스 전송기(101)는 두 번째로 전송될 심볼에 임의의 전력 크기를 곱한 값인 상기 초기 정보를 중계기(102)와 수신기(103)로 전송한다.
단계(S402)에서 소스 전송기(101)는 중첩 심볼이 필요한 시점인지를 확인한다. 구체적으로 소스 전송기(101)는 확인하는 시점에서의 전송 타이밍이 2n+1번째의 전송 타이밍이면 중첩 심볼이 필요한 시점으로 판단할 수 있다.
단계(S403)에서 소스 전송기(101)는 일반 변조로 생성된 일반 심볼을 중계기(102)와 수신기(103)로 전송한다.
단계(S404)에서 소스 전송기(101)는 계층 변조로 생성된 계층 심볼을 중계기(102)와 수신기(103)로 전송한다. 이때, 소스 전송기(101)는 기저 심볼에는 일반 심볼을 매핑하고, 중첩 심볼에는 중계기를 위한 심볼을 매핑하는 계층 변조로 생성된 계층 심볼을 생성할 수 있다. 이때, 소스 전송기(101)는 일례로 두 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00026
와 네 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00027
를
Figure 112008087530779-PAT00028
(304)로 계층 변조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 소스 전송기(101)는 상기 과정에 따라 주기적으로 중첩 심볼이 필요한 경우에만 계층 변조 과정을 사용하여 중첩 심볼을 전송함으로써 불필요한 자원 낭비를 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 중계기(102)의 심볼 중계 과정을 도시한 흐름도이다.
단계(S501)에서 중계기(102)는 소스 전송기(101)로부터 수신한 상기 초기 정보에 포함된 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여하여 생성한 변조된 초기 정보를 수신기(103)로 전송한다.
단계(S502)에서 중계기(102)는 소스 전송기(101)로부터 수신한 심볼이 계층 심볼인가를 확인한다. 이때, 중계기(102)는 소스 전송기(101)로부터 수신한 심볼을 직접 분석하여 계층 심볼인가를 확인할 수도 있고, 소스 전송기(101)에서 계층 심볼을 전송하는 전송 타이밍을 저장하고, 해당 전송 타이밍인가를 확인할 수도 있다.
단계(S503)에서 중계기(102)는 소스 전송기(101)로부터 수신한 상기 일반 심볼의 켤레 복소수로 생성한 변조된 일반 심볼을 수신기(103)로 전송한다.
이때, 중계기(102)는 일례로 일반 심볼
Figure 112008087530779-PAT00029
(302)를
Figure 112008087530779-PAT00030
(305)로 변조할 수 있다.
단계(S504)에서 중계기(102)는 소스 전송기(101)로부터 수신한 상기 계층 심볼에서 중첩 심볼을 결정한다. 일례로 중계기(102)는 계층 심볼
Figure 112008087530779-PAT00031
(304) 중에서 네 번째로 전송될 심볼
Figure 112008087530779-PAT00032
의 중첩 심볼
Figure 112008087530779-PAT00033
를 결정할 수 있다.
단계(S505)에서 중계기(102)는 상기 중첩 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여하여 생성된 변조된 계층 정보를 수신기(103)로 전송한다. 이때, 중계기(102)는 일례로 상기 중첩 심볼
Figure 112008087530779-PAT00034
를
Figure 112008087530779-PAT00035
(308)로 변조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 중계기(102)는 상기 과정에 따라 소스 전송기(101)에서 전송되는 상기 일반 심볼이나 상기 계층 심볼을 각자에 적합하게 변조하여 수신기(103)로 전송할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템에서 수신기(103)의 심볼 복조 과정을 도시한 흐름도이다.
단계(S601)에서 수신기(103)는 소스 전송기(101)와 중계기(102)로부터 수신한 심볼 중에서 신뢰도가 높은 심볼을 먼저 복조 한다.
이때, 첫 번째 심볼타임슬롯에서 수신기(103)가 수신하는 정보는 하기된 수학식 1을 만족하고, 두 번째 심볼타임슬롯에서 수신기(103)가 수신하는 정보는 하기된 수학식 2를 만족하고, 세 번째 심볼타임슬롯에서 수신기(103)가 수신하는 정보는 하기된 수학식 3을 만족할 수 있다.
Figure 112008087530779-PAT00036
Figure 112008087530779-PAT00037
Figure 112008087530779-PAT00038
이때,
Figure 112008087530779-PAT00039
은 중계기(102)가 수신하는 정보이고,
Figure 112008087530779-PAT00040
은 수신기(103)가 수신하는 정보이며,
Figure 112008087530779-PAT00041
는 임의 전력크기이고,
Figure 112008087530779-PAT00042
는 두 번째로 전송될 복소 심볼이며,
Figure 112008087530779-PAT00043
은 소스 전송기(101)에서 중계기(102)간 링크의 채널이득으로서
Figure 112008087530779-PAT00044
=
Figure 112008087530779-PAT00045
이고,
Figure 112008087530779-PAT00046
는 소스 전송기(101)에서 수신기(103)간 링크의 채널이득으로서
Figure 112008087530779-PAT00047
=
Figure 112008087530779-PAT00048
이고,
Figure 112008087530779-PAT00049
은 중 계기(102)에서 수신기(103)간 링크들의 채널이득일 수 있다.
이때, 상기 수학식 2와 수학식 3에서 송신 심볼들의 전력비를 조정한 것으로 가정하여, 알라마우티 시공간 코딩을 적용하여 생성된 심볼 매트릭스는 하기된 수학식 4와 같을 수 있다.
Figure 112008087530779-PAT00050
따라서, 수신기(103)에서 수신되는 신호 쌍인 수학식 2와 수학식 3에서 기저 및 중첩 심볼 인덱스 b, s를 생략하면, 하기된 수학식 5로 표현될 수 있다.
Figure 112008087530779-PAT00051
이때, 상기 수학식 5로부터 하기된 수학식 6을 구할 수 있다.
Figure 112008087530779-PAT00052
이때, 상기 수학식 6은 하기된 수학식 7과 수학식 8로 정리될 수 있다.
Figure 112008087530779-PAT00053
Figure 112008087530779-PAT00054
이때, 수학식 8에서
Figure 112008087530779-PAT00055
인 조건이 항상 성립하고,
Figure 112008087530779-PAT00056
이므로 수학식 (5-b)에서
Figure 112008087530779-PAT00057
가 있는 두 번째 항은
Figure 112008087530779-PAT00058
를 결정하는데 큰 영향을 미치지 않을 수 있다.
따라서 수학식 8에서 두 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00059
)를 신뢰도가 높은 심볼로서 먼저 복조 할 수 있다.
단계(S602)에서 수신기(103)는 단계(S602)에서 복조 된 심볼을 사용하여 중첩 심볼을 복조 한다.
이때, 단계(S602)에서 복조 된 두 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00060
)은 도 7의 점(701)들 중 하나이므로 이 점들 중에서 하나를 선택하고, 선택한 점을 원점 근처로 이동하여 네 번째로 전송될 심볼 (
Figure 112008087530779-PAT00061
)을 결정할 수 있다.
이때, 검은 원모양의 점(701)은 기저 심볼의 성상도이고, 검은 별 모양의 점(702)은 중첩 심볼들의 성상도이며, 하얀 원모양의 점들(703)은 첫 번째와 두 번째로 전송될 심볼들의 합 (
Figure 112008087530779-PAT00062
)의 성상도일 수 있다.
따라서 네 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00063
)값을 결정하기 위해서는 첫 번째와 두 번째로 전송될 심볼들의 합 (
Figure 112008087530779-PAT00064
) 중에서 어느 점들이든 항상 원점 부근으로 이동 후 구하여야 한다.
이때, 수신기(103)는 결정된 심볼 네 번째로 전송될 심볼 (
Figure 112008087530779-PAT00065
) 값을 그대로 버퍼에 저장할 수도 있고, 제로 포싱 (zero forcing), 최소평균스퀘어오차 (minimum mean square error, MMSE), 격자 감소법 (lattice reduction method)중에 하나를 사용하여 네 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00066
)의 결정 신뢰도를 높인 후 버퍼에 저장 할 수도 있다.
이하에서 격자 감소법을 적용하여 중첩 심볼을 복조 하는 과정을 설명한다.
수신기(103)는 단계(S602)에서 복조 된 두 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00067
)을 나타내는 상기 수학식 7과 수학식 8을 각각 -
Figure 112008087530779-PAT00068
및 -
Figure 112008087530779-PAT00069
만큼 시프트(shift)하여 원점 근처로 이동 시켜 하기된 수학식 9를 구할 수 있다.
Figure 112008087530779-PAT00070
이때, 원점 부근으로 이동된 두 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00071
)을 나타내는 상기 수학식 9는 하기된 10과 같이 매트릭스 형태로 정리될 수 있다.
Figure 112008087530779-PAT00072
이때,
Figure 112008087530779-PAT00073
과
Figure 112008087530779-PAT00074
는 하기된 수학식 11을 만족할 수 있다.
Figure 112008087530779-PAT00075
이때, 하기된 수학식 12와 같이 상기 수학식 10에 유니 모듈라 매트릭스 T를 이용하여 베이시스(basis) 변환함으로써 역 채널 매트릭스의 크기가 작게 하여 복잡도를 줄이고, 결정성능을 올릴 수 있다.
Figure 112008087530779-PAT00076
이때, 수신기(103)는 상기 수학식 12를 사용하여 네 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00077
)를 결정한 후 버퍼에 저장할 수 있다.
단계(S603)에서 수신기(103)는 단계(S602)에서 복조 된 중첩 심볼을 사용하여 나머지 심볼을 복조 한다.
이때, 수신기(103)는 상기 수학식 7에서 중첩 심볼인 네 번째로 전송될 심볼 (
Figure 112008087530779-PAT00078
)에 수신기(103)의 채널 예측기 등으로 미리 알고 계산할 수 있는 값
Figure 112008087530779-PAT00079
을 곱한 후 빼는 간섭 신호 제거 과정을 통하여 첫 번째로 전송될 심볼 (
Figure 112008087530779-PAT00080
)을 복조 할 수 있다.
단계(S604)에서 수신기(103)는 네 번째 심볼타임슬롯과 다섯 번째 심볼타임슬롯에서 수신한 신호들에 단계(S601) 내지 단계(S603)와 같은 과정을 적용하여 세 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00081
)과 네 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00082
)을 구할 수 있다.
단계(S605)에서 수신기(103)는 계층 변조에 오류가 있었는지를 확인한다. 구체적으로 수신기(103)는 단계(S604)에서 구한 네 번째로 전송될 심볼 (
Figure 112008087530779-PAT00083
)값과 단계(S602)에서 버퍼에 저장한 네 번째로 전송될 심볼 (
Figure 112008087530779-PAT00084
) 값을 비교하여 다를 경 우에 중첩 심볼을 생성하는 계층 변조에 오류가 있다고 판단할 수 있다.
이것은 수신기(103)에서 기저 심볼의 오류 확률이 중첩된 심볼의 오류 확률보다 훨씬 작은 것을 이용한 것이다.
단계(S606)에서 수신기(103)는 중첩 심볼이 복조에 영향을 준 부분을 제거한다. 구체적으로 수신기(103)는 상기 수학식 2와 상기 수학식 3에서 단계(S604)에서 구한 네 번째로 전송될 심볼 (
Figure 112008087530779-PAT00085
)값에서 파일럿 등을 통해 구해진 채널 이득 및 수신 전력값으로 수신된 상태의
Figure 112008087530779-PAT00086
의 계수를 곱해주어서 심볼의 수신된 상태로 재생성 한 후 이 값을 뺀 값을 두 번째 심볼타임슬롯과 세 번째 심볼타임슬롯에서 중첩 심볼이 복조에 영향을 준 부분을 제거한 값으로 사용할 수 있다.
단계(S607)에서 수신기(103)는 단계(S607)에서 계산된 두 번째 심볼타임슬롯과 세 번째 심볼타임슬롯에서 중첩 심볼이 복조에 영향을 준 부분을 제거한 값에 단계(S601) 내지 단계(S603)와 같은 과정을 적용하여 첫 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00087
)과 두 번째로 전송될 심볼(
Figure 112008087530779-PAT00088
)을 다시 구할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 3 노드 망 모델에서의 동작을 예로 표현하였으나, 다중/다 중계기 모드로 확장이 가능하다. 일례로 알라마우티 시공간 코딩을 그대로 이용하고, 다중 노드들 중에서 순시적으로 가장 최적의 협력 노드를 찾아내어 전송하는 방법을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 고정 또는 저속의 이동 중계기를 예로 설명하였으며, 중계기 대신 타 사용자 단말기가 동일 동작을 수행할 수 있으며, 다른 소스 전송기 를 중계기로 사용하는 사용자 협력 통신에도 적용할 수 있다.
본 발명은 풀 듀플렉스 중계기를 사용할 경우 가장 효율적으로 다이버시티 및 멀티블렉싱 이득을 최대화할 수 있는 방법이나, 본 발명의 적용은 반드시 풀 듀플렉스 중계기로만 국한되지는 않고, 하프 듀플렉스 중계기를 사용할 경우도 적용할 수 있으며, 이때는 시공간 전송 다이버시티 혹은 주파수 공간 전송 다이버시티 방법 모두 적용하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심볼 시스템은 중첩 심볼이 필요한 경우에만 계층변조 (Layered modulation) 기법을 사용함으로써 다이버시티-멀티플렉싱 이득을 극대화할 수 있으며, 통상의 변조심볼들과 계층변조들 간의 심볼간 비대칭성으로 인하여 알라마우티 시공간 코딩시 심볼간 직교성이 떨어져서 필연적으로 발생되는 간섭 심볼을 이용하여 변조 레벨에서 심볼오류를 방지함으로써 심볼 검출확률을 높일 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서 데이터 구성 장치의 개괄적인 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서 각 구성 간의 정보 전송 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서 전송 시간 별 소스 전송기와 중계기가 전송하는 정보와 수신기가 복조 하는 정보의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서 소스 전송기의 심볼 전송 과정을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서 중계기의 심볼 중계 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서 수신기의 심볼 복조 과정을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 시스템에서 사용하는 계층변조 성상도의 일례이다.

Claims (6)

  1. 초기 정보를 전송하는 단계;
    중첩 심볼이 필요한 시점인지를 확인하는 단계;
    상기 중첩 심볼이 필요한 시점이 아니면 일반 변조로 생성된 일반 심볼을 전송하는 단계; 및,
    상기 중첩 심볼이 필요한 시점이면 기저 심볼에는 일반 심볼을 매핑하고, 중첩 심볼에는 중계기를 위한 심볼을 매핑하는 계층 변조로 생성된 계층 심볼을 전송하는 단계
    를 포함하는 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심벌 전송 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초기 정보는 두 번째로 전송될 심볼에 임의의 전력 크기를 곱한 값이거나 필요 시 일반 심볼에 다음 전송된 심볼을 중첩한 정보인 것
    을 특징으로 하는 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심벌 전송 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 중첩 심볼이 필요한 시점인지를 확인하는 단계는 n이 정수일 경우에 2n+1번째의 전송 타이밍이나 2n+1번째의 전송 타이밍을 중첩 심볼이 필요한 시점으로 판단하는 것
    을 특징으로 하는 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심벌 전송 방법.
  4. 소스 전송기로부터 수신한 초기 정보에 포함된 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여한 심볼을 수신기로 전송하는 단계;
    상기 소스 전송기로부터 수신한 심볼이 일반 심볼인가 계층 심볼인가를 확인하는 단계;
    상기 소스 전송기로부터 수신한 일반 심볼의 켤레 복소수 심볼을 수신기로 전송하는 단계;
    상기 소스 전송기로부터 수신한 계층 심볼에서 중첩 심볼을 결정하는 단계; 및,
    상기 중첩 심볼의 켤레 복소수에 - 부호를 부여한 심볼을 수신기로 전송하는 단계
    를 포함하는 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심벌 중계 방법.
  5. 소스 전송기와 중계기로부터 수신한 심볼 중에서 신뢰도가 높은 심볼을 복조 하는 단계;
    복조 된 상기 심볼을 사용하여 중첩 심볼을 복조 하는 단계;
    상기 중첩 심볼로 간섭 신호 성분을 제거하여 나머지 심볼을 복조 하는 단계;
    다른 심볼을 복조 하는 단계;
    상기 다른 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값이 상기 중첩 심볼의 값과 동일한가 확인하는 단계;
    상기 중첩 심볼과 상기 다른 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값이 다르면, 상기 다른 심볼 중에 상기 중첩 심볼과 같은 심볼의 값을 사용하여 상기 중첩 심볼이 영향을 준 신호 성분을 제거하는 단계; 및,
    상기 신뢰도가 높은 심볼을 재 복조 하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심벌 복조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 신뢰도가 높은 심볼을 복조 하는 단계는 알라마우티 시공간 디코딩을 수행하여 상기 신뢰도가 높은 심볼을 복조 하는 것
    을 특징으로 하는 협력 무선통신을 위한 최대 다이버시티 멀티플렉싱 이득 프로토콜 및 간섭 심벌 복조 방법.
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