KR20110019183A - 반이중 방식 릴레이 시스템, 이에 있어서 협력 통신 방법 및 수신기에서 신호 처리 방법 - Google Patents

반이중 방식 릴레이 시스템, 이에 있어서 협력 통신 방법 및 수신기에서 신호 처리 방법 Download PDF

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KR20110019183A
KR20110019183A KR1020090076793A KR20090076793A KR20110019183A KR 20110019183 A KR20110019183 A KR 20110019183A KR 1020090076793 A KR1020090076793 A KR 1020090076793A KR 20090076793 A KR20090076793 A KR 20090076793A KR 20110019183 A KR20110019183 A KR 20110019183A
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Abstract

본 발명은 각 타임 슬롯마다 릴레이 노드들 중 하나는 수신 노드로 동작하고 다른 릴레이 노드는 전송 모드로 동작하는 릴레이 시스템의 협력 통신 방법에 관한 것이다. 상기 협력 통신 방법은 특정 타임 슬롯에서 소스 노드가 상기 제 1 릴레이 노드로 제 1 신호를 전송하는 단계 및 상기 타임 슬롯에서 제 2 릴레이 노드는 제 2 신호를 상기 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 릴레이 노드들 및 상기 목적지 노드 중 적어도 하나는 다중 안테나로 구현된다.
릴레이 노드, 소스 노드, 목적지 노드, RELAY

Description

반이중 방식 릴레이 시스템, 이에 있어서 협력 통신 방법 및 수신기에서 신호 처리 방법{HALF-DUPLEX RELAY SYSTEM, COOPERATIVE COMMUNICATION METHOD IN THE SAME, METHOD OF PROCESSING A SIGNAL IN A RECEIVER OF THE SAME}
본 발명은 반이중 방식 릴레이 시스템, 이에 있어서 협력 통신 방법 및 수신기에서 신호 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각 타임 슬롯마다 릴레이 노드들 중 하나는 수신 노드로 동작하고 다른 릴레이 노드는 전송 노드로 동작하는 릴레이 시스템, 이에 있어서 협력 통신 방법 및 수신기에서 신호 처리 방법에 관한 것이다.
통신 시스템에서 협력 통신 방법은 다이버시티 이득을 향상시키기 위하여 아래의 도 1에 도시된 바와 같이 소스 노드(Source Node)와 목적지 노드(Destination Node) 사이에 릴레이 노드들(Relay Nodes)을 배치하고, 상기 릴레이 노드들을 이용하여 상기 소스 노드와 상기 목적지 사이의 신호 전송을 중계시킨다.
도 1은 일반적인 릴레이 시스템을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 릴레이 시스템은 소스 노드(100), 릴레이 노드들(102 및 104) 및 목적지 노드(106)를 포함한다.
신호 전송 과정을 살펴보면, 소스 노드(100)는 제 1 타임 슬롯(first time slot)에서 특정 신호(x1)를 릴레이 노드들(102 및 104)로 전송한다.
이어서, 제 2 타임 슬롯에서 소스 노드(100) 및 릴레이 노드들(102 및 104)은 신호(x1)를 목적지 노드(106)로 전송한다.
즉, 상기 릴레이 시스템은 릴레이 노드들(102 및 104)을 이용하여 다이버시티 이득을 증가시킨다. 다만, 하나의 신호(x1)를 목적지 노드(106)로 전송하기 위하여 2개의 타임 슬롯이 소요되므로, 하나의 신호를 전송하기 위하여 1개의 타임 스롯만을 소요하는 릴레이 노드를 사용하지 않는 통신 시스템에 비하여 전송 용량(capacity)이 감소하는 문제점이 있었다.
또한, 목적지 노드(106)의 수신기는 일반적으로 비선형 수신기(non-linear receiver)를 사용하여 높은 복잡도를 가지는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 다이버시티 이득은 유지하면서 전송 용량을 향상시키는 반이중 방식 릴레이 시스템 및 이에 있어서 협력 통신 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 낮은 복잡도를 가지는 목적지 노드의 수신기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반이중 방식 릴레이 시스템은 소스 노드; 상기 소스 노드와 교신하는 제 1 릴레이 노드; 상기 소스 노드와 교신하는 제 2 릴레이 노드; 및 상기 릴레이 노드들과 교신하는 목적지 노드를 포함한다. 여기서, 상기 릴레이 노드들은 각기 다중 안테나로 구현되며, 각 타임 슬롯마다 상기 소스 노드 및 상기 릴레이 노드들 중 적어도 하나는 상기 목적지 노드로 해당 신호를 전송한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소스 노드, 제 1 릴레이 노드, 제 2 릴레이 노드 및 목적지 노드를 포함하는 반이중 릴레이 시스템의 협력 통신 방법은 특정 타임 슬롯에서 상기 소스 노드가 상기 제 1 릴레이 노드로 제 1 신호를 전송하는 단계; 및 상기 타임 슬롯에서 상기 제 2 릴레이 노드는 제 2 신호를 상기 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 릴레이 노드들 및 상기 목적지 노드 중 적어도 하나는 다중 안테나로 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반이중 방식 릴레이 시스템에 사용되며 다중 안 테나로 구현된 수신기에서 신호 처리 방법은 상기 수신기의 각 안테나가 소스 노드로부터 전송된 시공간 블록 부호(Space-Time Block Code, STBC)화되지 않은 신호를 수신하고, 릴레이 노드들로부터 전송된 시공간 블록 부호화된 신호를 수신하는 단계; 상기 각 안테나들로 수신된 신호들을 연산하여 상기 시공간 블록 부호화되지 않은 신호의 성분을 소거하여 상기 시공간 블록 부호화된 신호들의 성분들만으로 이루어진 수학식들을 획득하는 단계; 상기 획득된 수학식들을 연산하여 상기 시공간 블록 부호화된 신호들의 성분들을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 시공간 블록 부호화된 신호들의 성분들을 이용하여 상기 시공간 블록 부호화되지 않은 신호의 성분을 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 반이중 방식 릴레이 시스템 및 이에 있어서 협력 통신 방법은 각 타임 슬롯마다 하나의 릴레이 노드는 수신 노드로 동작시키고 다른 릴레이 노드는 전송 노드로 동작시키고 상기 릴레이 노드들 및 목적지 노드를 각기 다중 안테나로 구현하므로, 다이버시티 이득을 유지하면서 전송 용량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 반이중 방식 릴레이 시스템에 사용되는 목적지 노드의 수신기는 시공간 블록 부호(Space-Time Block Code, STBC) 방식을 이용하므로, 상기 수신기의 복잡도가 감소할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반이중 방식 릴레이 시스템을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 반이중 방식 릴레이 시스템은 반이중 방식(half duplex method)을 이용하여 신호를 전송하는 시스템으로, 소스 노드(Source Node, 200, S), 제 1 릴레이 노드(first Relay Node, 202, R1), 제 2 릴레이 노드(second Relay Node, 204, R2) 및 목적지 노드(Destination Node, 206, D)를 포함한다. 특히, 상기 반이중 방식 릴레이 시스템은 상향 링크 통신(uplink communication)에 적용된다.
소스 노드(200)는 예를 들어 이동통신단말기이며, 특정 신호를 목적지 노드(206)로 직접 전송하거나 릴레이 노드들(202 및 204)을 통하여 목적지 노드(206)로 전송한다.
릴레이 노드들(202 및 204)은 협력 통신을 위해 사용되며, 예를 들어 DF(Decode and Forwarding) 방식을 사용할 수 있다.
이러한 릴레이 노드들(202 및 204)은 각기 소스 노드(200)로부터 특정 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호를 적절하게 처리하여 목적지 노드(206)로 전송한다. 즉, 릴레이 노드들(202 및 204)은 소스 노드(200)와 목적지 노드(206) 사이를 중계한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 릴레이 노드들(202 및 204)은 도 2에 도시된 바와 같이 각기 다중 안테나로 구현되며, 특정 타임 슬롯(time slot)에서 릴레이 노드들(202 및 204) 중 하나는 소스 노드(200)로부터 해당 신호를 수신하고, 다른 릴레이 노드는 해당 신호를 목적지 노드(206)로 전송할 수 있다. 즉, 상기 타임 슬롯에서 릴레이 노드들(202 및 204) 중 하나는 소스 노드(200)로부터 신호를 수신하는 수신 노드로서 동작하고 다른 하나는 목적지 노드(206)로 신호를 전송하는 전송 노드로서 동작한다.
목적지 노드(206)는 다중 안테나로 구현되며, 예를 들어 기지국(Base Station)이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소스 노드(200)와 릴레이 노드(202 또는 204) 사이의 채널은 SIMO 채널이고, 소스 노드(200)와 목적지 노드(206) 사이의 채널은 SIMO 채널이며, 릴레이 노드(202 또는 204)와 목적지 노드(206) 사이의 채널은 MIMO 채널일 수 있다. 여기서, hSR1은 소스 노드(200)와 제 1 릴레이 노드(202) 사이의 복소 채널 이득(complex valued channel gain)을 나타내고, hSR2는 소스 노드(200)와 제 2 릴레이 노드(204) 사이의 복소 채널 이득(complex valued channel gain)을 의미하며, hSD는 소스 노드(200)와 목적지 노드(206) 사이의 복소 채널 이득을 나타낸다. 또한, hR1D는 제 1 릴레이 노드(202)와 목적지 노드(206) 사이의 복소 채널 이득을 의미하며, hR2D는 제 2 릴레이 노드(204)와 목적지 노드(206) 사이의 복소 채널 이득을 나타낸다.
요컨대, 본 실시예의 반이중 방식 릴레이 시스템은 다이버시티 이득을 위하여 릴레이 노드들(202 및 204)을 사용하여 협력 통신을 구현한다. 특히, 상기 릴레 이 시스템은 각 타임 슬롯마다 릴레이 노드들(202 및 204) 중 하나는 수신 노드로 동작시키고, 다른 릴레이 노드는 전송 노드로서 동작시킨다.
이러한 반이중 방식 릴레이 시스템에서 신호 전송 과정을 첨부된 도면을 참조하여 상술하겠다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 통신 시스템에서의 신호 전송 과정을 도시한 도면이다.
우선, 소스 노드(200)는 하나의 안테나로 구현되고, 릴레이 노드들(202 및 204) 및 목적지 노드(206)는 각기 2개의 안테나들로 구현된다고 가정한다. 또한, 모든 채널들의 상태 정보는 목적지 노드(206)가 알고 있고, 릴레이 노드(202 또는 204)로부터 목적지 노드(206)로 전송되는 신호는 시공간 블록 부호(Space-Time Block Code, STBC, Alamouti Code)화된 신호인 것으로 가정한다.
이하, 아래의 표 1 및 도 3을 참조하여 신호 전송 과정을 살펴보겠다.
PATH T1 T2 T3 T4 T5 T6 ‥‥ TN+1 TN+2
S→D x1 x2 x3 x4 x5 x6 ‥‥ - -
S→R1 x1 x2 - - x5 x6 ‥‥ - -
S→R2 - - x3 x4 - - ‥‥ - -

R1→D
-
-		 x1

x2 		-x* 2
x* 1
-
-
‥‥		 xN-1

xN 		-x* N
x* N+1

R2→D
-
-
-		 x3

x4 		-x* 4
x* 3
‥‥
-
-
위 표 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 타임 슬롯(T1)에서 소스 노드(200)는 신호(x1)를 목적지 노드(206) 및 제 1 릴레이 노드(202)로 전송한다. 이 경우, 제 2 릴레이 노드(204)는 슬립 상태(sleep state)이다. 즉, 제 1 타임 슬롯(T1)에서는 릴레이 노드들(202 및 204) 중 제 1 릴레이 노드(202)만이 동작한다.
이어서, 제 2 타임 슬롯(T2)에서 소스 노드(200)는 신호(x2)를 목적지 노드(206) 및 제 1 릴레이 노드(202)로 전송한다. 이 경우, 제 2 릴레이 노드(204)는 슬립 상태(sleep state)이다. 즉, 제 1 타임 슬롯(T1) 및 제 2 타임 슬롯(T2)에서는 릴레이 노드들(202 및 204) 중 제 1 릴레이 노드(202)만이 동작한다.
계속해서, 제 3 타임 슬롯(T3)에서 소스 노드(200)는 신호(x3)를 목적지 노드(206) 및 제 2 릴레이 노드(204)로 전송한다. 이 경우, 제 1 릴레이 노드(202)는 타임 슬롯들(T1 및 T2)에서 전송된 신호들(x1 및 x2)을 목적지 노드(206)로 전송한다. 즉, 제 2 릴레이 노드(204)는 소스 노드(200)로부터 신호(x3)를 수신하는 수신 노드로서 동작하며, 제 1 릴레이 노드(202)는 신호들(x1 및 x2)을 목적지 노드(206)로 전송하는 전송 노드로서 동작한다.
그런 후, 제 4 타임 슬롯(T4)에서 소스 노드(200)는 신호(x4)를 목적지 노드(206) 및 제 2 릴레이 노드(204)로 전송한다. 이 경우, 제 1 릴레이 노드(202)는 신호들(-x* 2 및 x* 1)을 목적지 노드(206)로 전송한다. 즉, 제 2 릴레이 노드(204)는 소스 노드(200)로부터 신호(x4)를 수신하는 수신 노드로서 동작하며, 제 1 릴레이 노드(202)는 신호들(-x* 2 및 x* 1)을 목적지 노드(206)로 전송하는 전송 노드로서 동작한다.
이어서, 제 5 및 6 타임 슬롯들(T5 및 T6)에서 소스 노드(200)는 신호들(x5 및 x6)을 목적지 노드(206) 및 제 1 릴레이 노드(202)로 전송한다. 이 경우, 제 2 릴레이 노드(204)는 신호들(x3, x4, -x* 4 및 x* 3)을 목적지 노드(206)로 전송한다.
계속하여, 다른 신호들이 소스 노드(200)로부터 목적지 노드(206)로 전송되되, 전송 과정은 위에 언급된 과정들과 유사하다. 따라서, 별도의 설명은 생략하겠다.
요컨대, 본 실시예의 릴레이 시스템은 각 타임 슬롯마다 소스 노드(200)와 릴레이 노드들(202 및 204) 중 하나는 해당 신호를 목적지 노드(206)로 전송한다. 즉, 각 타임 슬롯마다 협력 통신이 이루어진다. 이 경우, 다른 릴레이 노드는 해당 신호를 소스 노드(200)로부터 수신한다. 즉, 각 타임 슬롯마다 릴레이 노드들(202 및 204) 중 하나는 해당 신호를 목적지 노드(206)로 전송하는 전송 노드로서 동작하고 다른 릴레이 노드는 소스 노드로부터 전송된 신호를 수신하는 수신 노드(200)로서 동작한다.
종래 기술과 비교하면, 종래의 릴레이 시스템에서는 하나의 신호를 2개의 타임 슬롯들 간격으로 목적지 노드로 전송된다. 결과적으로, 릴레이 노드들을 사용함에 의해 다이버시티 이득은 증가될 수 있었으나 전송 용량(capacity)이 감소하는 문제점이 있었다.
반면에, 본 발명의 릴레이 시스템은 각 타임 슬롯마다 해당 신호를 목적지 노드(206)로 협력 통신하여 전송한다. 결과적으로, 본 발명의 릴레이 시스템의 전송 용량은 종래에 비하여 증가될 수 있으며, 이는 후술하는 전송 용량 측정 결과에서도 확인할 수 있다. 다만, 각 타임 슬롯마다 릴레이 노드들(202 및 204) 중 하나만이 전송 노드로서 동작하므로 종래 기술에 비하여 다이버시티 이득(diversity gain)이 감소할 수 있으나, 본 발명의 릴레이 시스템은 릴레이 노드들(202 및 204) 및 목적지 노드(206)를 각기 다중 안테나로 구현하여 다이버시티 이득의 감소를 방지한다.
즉, 본 발명의 릴레이 시스템은 종래의 릴레이 시스템에서와 유사하게 다이버시티 이득을 유지하면서도 전송 용량을 증가시킬 수 있다.
위에서 자세히 설명하지는 않았지만, 릴레이 노드(202 또는 204)로부터 목적지 노드(206)로 전송되는 신호는 시공간 블록 부호(STBC)화된 신호이다. 이것은 예를 들어 T3 및 T4 타임 슬롯에서 확인할 수 있다. 이와 같이 시공간 블록 부호(STBC)를 사용하면 목적지 노드(206)의 수신기의 복잡도를 감소시킬 수 있다. 다만, 소스 노드(200)가 단일 안테나로 구현되어 소스 노드(200)로부터 목적지 노드(206)로 전송되는 신호가 시공간 블록 부호화되지 않은 신호이므로, 이를 고려하여 상기 수신기를 설계할 필요가 있다.
이하, 본 발명의 수신기의 복잡도를 감소시키는 과정을 상술하겠다. 여기서, 소스 노드(200)로부터 상기 수신기로 전송되는 신호는 시공간 블록 부호화되지 않은 신호이며, 릴레이 노드들(202 및 204)로부터 상기 수신기로 전송되는 신호는 시공간 블록 부호화된 신호이다.
우선, 특정 타임 슬롯들(k 및 k+1)에서 상기 수신기로 수신된 신호들(yk 및 yk+1)을 살펴보면, 수신 신호들(yk 및 yk+1)은 아래의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112009050728993-PAT00001
Figure 112009050728993-PAT00002
Figure 112009050728993-PAT00003
xk=
Figure 112009050728993-PAT00004
,
Figure 112009050728993-PAT00005
여기서, H는 채널 매트릭스 벡터이며, n은 백색 잡음 벡터를 나타낸다.
위 수학식 1의 채널 매트릭스 벡터(H)는 상기 수신기가 2개의 안테나들로 구현되므로 아래의 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112009050728993-PAT00006
여기서,
Figure 112009050728993-PAT00007
는 타임 슬롯(k)에서 해당 릴레이 노드의 i번째 안테나와 상기 수신기의 j번째 안테나 사이의 랜덤 복소 단위 전력 채널 이득(random complex-valued unit-power channel gain)을 의미하며,
Figure 112009050728993-PAT00008
는 타임 슬롯(k)에서 소스 노드(200)의 안테나와 수신기(206)의 j번째 안테나 사이의 랜덤 복소 단위 전력 채널 이득을 나타낸다.
위 수학식 1에서 xk-2, xk-1은 특정 릴레이 노드로부터 목적지 노드(206)의 수신기로 전송되는 신호로서 시공간 블록 부호화되었기 때문에 소스 노드(200)로부터 상기 수신기로 전송되는 시공간 블록 부호화되지 않은 신호(xk 및 xk+1)보다 채널 에러에 강하다.
위 수학식 1 및 수학식 2를 이용하여 소스 노드(200)로부터 수신기(206)로 전송된 신호(xk 및 xk+1)가 제거되도록 연산하면, 아래의 수학식 3과 같이 xk-2 및 xk-1의변수들만으로 구성된 y'k 및 y'k+1이 정의될 수 있다.
Figure 112009050728993-PAT00009
여기서,
Figure 112009050728993-PAT00010
이고,
Figure 112009050728993-PAT00011
Figure 112009050728993-PAT00012
이다.
위 수학식 3에서, 상기 채널을 시간 도메인에서 준정적 채널(quasi-static channel)로 가정하면,
Figure 112009050728993-PAT00013
이므로 y'k 및 y'k+1는 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112009050728993-PAT00014
위 수학식 4를 연산하여 타임 슬롯들(k-2 및 k-1)에서 해당 릴레이 노드로부터 수신기(206)로 전송된 신호들(
Figure 112009050728993-PAT00015
,
Figure 112009050728993-PAT00016
)을 구하면 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112009050728993-PAT00017
Figure 112009050728993-PAT00018
,
Figure 112009050728993-PAT00019
Figure 112009050728993-PAT00020
이어서, 위와 동일한 방법을 통하여
Figure 112009050728993-PAT00021
와
Figure 112009050728993-PAT00022
을 구한다.
계속하여, 소스 노드(200)로부터 상기 수신기로 전송되는 신호들(
Figure 112009050728993-PAT00023
및
Figure 112009050728993-PAT00024
)을 구하기 위하여 변수들(rk 및 rk+1)을 아래의 수학식 6과 같이 정의한다.
Figure 112009050728993-PAT00025
Figure 112009050728993-PAT00026
,
Figure 112009050728993-PAT00027
HR,k=
Figure 112009050728993-PAT00028
Figure 112009050728993-PAT00029
=
Figure 112009050728993-PAT00030
위 수학식 6을 통하여 소스 노드(200)로부터 수신기(206)로 전송되는 신호들(
Figure 112009050728993-PAT00031
및
Figure 112009050728993-PAT00032
)이 획득될 수 있다.
이렇게 획득된
Figure 112009050728993-PAT00033
및
Figure 112009050728993-PAT00034
의 MRC(Maximum Ratio Combining)를 이용하여
Figure 112009050728993-PAT00035
를 유도할 수 있다. 또한, 동일한 방법으로
Figure 112009050728993-PAT00036
을 유도할 수 있다.
계속하여, 수신기(206)는 수신된 신호들(xk 및 xk+1)을 복호(decoding)한다.
요컨대, 본 발명의 목적지 노드(206)의 수신기는 소스 노드(200)로부터 전송된 시공간 블록 부호화되지 않은 신호와 릴레이 노드(202 또는 204)로부터 전송된 시공간 블록 부호화된 신호들을 수신하고, 그런 후 상기 시공간 블록 부호화되지 않은 신호들을 소거하여 시공간 블록 부호화된 신호들만으로 이루어진 수학식들을 획득한다. 이어서, 상기 수학식들을 이용하여 상기 시공간 블록 부호화된 신호들을 구하고, 그런 후 상기 구해진 신호들을 이용하여 상기 시공간 블록 부호화되지 않은 신호들을 구한다. 이러한 과정은 위에서 상술한 바와 같이 덧셈, 뺄셈, 간단한 곱셈만으로 수행될 수 있으며, 그 결과 목적지 노드(206)의 수신기의 복잡도가 감소할 수 있다.
이하, 본 발명의 반이중 방식 릴레이 시스템에서 전송 용량 및 outage 확률에 대한 측정 결과를 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 4는 릴레이 시스템에서의 전송 용량 측정 결과를 도시한 도면이다. 다만, 소스 노드(200)와 목적지 노드(206) 사이의 채널, 릴레이 노드들(202 및 204)과 목적지 노드(206) 사이의 채널들은 각기 slow Rayleigh fading 채널로 가정하고, 목적지 노드(206)가 상기 채널들에 대한 상태 정보를 모두 알고 있다고 가정한다.
소스 노드와 목적지 노드 사이에 직접적인 패스(direct path)를 사용하는 IEEE 802.16j에 정의된 하이브리드 타입의 종래의 제 1 릴레이 시스템에 대한 전송 용량, 소스 노드와 목적지 노드 사이에 직접적인 패스(direct path)를 사용하지 않는 IEEE 802.16j에 정의된 비-하이브리드 타입의 종래의 제 2 릴레이 시스템에 대한 전송 용량 및 본 발명의 반이중 방식 릴레이 시스템에 대한 전송 용량을 측정하면, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제 1 릴레이 시스템에 대한 전송 용량 측정 결과 그래프(400), 상기 제 2 릴레이 시스템에 대한 전송 용량 측정 결과 그래프(402) 및 본 발명의 반이중 방식 릴레이 시스템에 대한 전송 용량 측정 결과 그래프(404)가 획득되었다.
전송 용량 측정 결과 그래프들(400, 402 및 404)을 비교하면, 본 발명의 릴레이 시스템이 전 SNR 범위에서 종래의 릴레이 시스템들에서보다 더 높은 전송 용량을 가짐이 확인된다.
본 발명의 릴레이 시스템의 전송 용량과 하이브리드 타입의 제 1 릴레이 시스템의 전송 용량을 비교하면, 본 발명의 릴레이 시스템의 전송 용량이 낮은 SNR 범위에서 상기 제 1 릴레이 시스템에서보다 약 50% 향상되고, 높은 SNR 범위에서 약 75% 향상됨이 확인된다.
도 5는 릴레이 시스템에서의 outage 확률 측정 결과를 도시한 도면이다. 다만, 소스 노드(200)와 목적지 노드(206) 사이의 채널, 릴레이 노드들(202 및 204)과 목적지 노드(206) 사이의 채널들은 각기 slow Rayleigh fading 채널로 가정하고, 목적지 노드(206)가 상기 채널들에 대한 상태 정보를 모두 알고 있다고 가정한다.
하이브리드 타입의 종래의 제 1 릴레이 시스템에 대한 outage 확률, 비-하이브리드 타입의 종래의 제 2 릴레이 시스템에 대한 outage 확률 및 본 발명의 반이중 방식 릴레이 시스템에 대한 outage 확률을 측정하면, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제 1 릴레이 시스템에 대한 outage 확률 측정 결과 그래프(500), 상기 제 2 릴레이 시스템에 대한 outage 확률 측정 결과 그래프(502) 및 본 발명의 반이중 방식 릴레이 시스템에 대한 outage 확률 측정 결과 그래프(504)가 획득된다.
outage 확률 측정 결과 그래프들(500, 502 및 504)을 비교하면, 본 발명의 릴레이 시스템이 전 SNR 범위에서 종래의 릴레이 시스템들에서보다 낮은 outage 확률을 가짐이 확인된다.
도 4 및 도 5를 참조하여 요약하면, 본 발명의 릴레이 시스템의 성능이 종래의 릴레이 시스템에서보다 향상될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 일반적인 릴레이 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반이중 방식 릴레이 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이 통신 시스템에서의 신호 전송 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 릴레이 시스템에서의 전송 용량 측정 결과를 도시한 도면이다.
도 5는 릴레이 시스템에서의 outage 확률 측정 결과를 도시한 도면이다.

Claims (9)

  1. 소스 노드;
    상기 소스 노드와 교신하는 제 1 릴레이 노드;
    상기 소스 노드와 교신하는 제 2 릴레이 노드; 및
    상기 릴레이 노드들과 교신하는 목적지 노드를 포함하되,
    상기 릴레이 노드들은 각기 다중 안테나로 구현되며, 각 타임 슬롯마다 상기 소스 노드 및 상기 릴레이 노드들 중 적어도 하나는 상기 목적지 노드로 해당 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 반이중 방식 릴레이 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 소스 노드는 하나의 안테나만을 구비하며, 상기 각 타임 슬롯에서 상기 릴레이 노드들 중 하나가 상기 소스 노드로부터 해당 신호를 수신하는 수신 노드로서 동작할 동안 다른 릴레이 노드는 해당 신호를 상기 목적지 노드로 전송하는 전송 노드로서 동작하는 것을 특징으로 하는 반이중 방식 릴레이 시스템.
  3. 제 2 항에서, 상기 목적지 노드는 복수의 안테나들을 구비하며, 상기 릴레이 노드들 중 하나로부터 상기 목적지 노드로 전송되는 신호는 시공간 블록 부호(Space-Time Block Code, STBC)화된 신호인 것을 특징으로 하는 반이중 방식 릴레이 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 릴레이 노드들 중 적어도 하나는 DF(Decode and Forwarding) 방식을 사용하며, 상기 릴레이 시스템은 상향 링크 전송을 수행하는 것을 특징으로 하는 반이중 방식 릴레이 시스템.
  5. 소스 노드, 제 1 릴레이 노드, 제 2 릴레이 노드 및 목적지 노드를 포함하는 반이중 릴레이 시스템의 협력 통신 방법에 있어서,
    특정 타임 슬롯에서 상기 소스 노드가 상기 제 1 릴레이 노드로 제 1 신호를 전송하는 단계; 및
    상기 타임 슬롯에서 상기 제 2 릴레이 노드는 제 2 신호를 상기 목적지 노드로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 릴레이 노드들 및 상기 목적지 노드 중 적어도 하나는 다중 안테나로 구현되는 것을 특징으로 하는 반이중 방식 릴레이 시스템에서의 협력 통신 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 신호는 시공간 블록 부호(Space-Time Block Code, STBC)화된 신호인 것을 특징으로 하는 반이중 방식 릴레이 시스템에서의 협력 통신 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 소스 노드와 상기 목적지 노드 사이의 채널은 SIMO 채널이고, 상기 각 릴레이 노드들과 상기 목적지 노드 사이의 채널은 MIMO 채널이 며, 상기 릴레이 노드들 중 적어도 하나는 DF(Decode and Forwarding) 방식을 사용하고, 상기 릴레이 시스템은 상향 링크 전송을 수행하며, 상기 소스 노드 또는 상기 릴레이 노드들로부터 상기 목적지 노드로의 채널은 slow Rayleigh fading 채널인 것을 특징으로 하는 반이중 방식 릴레이 시스템에서의 협력 통신 방법.
  8. 반이중 방식 릴레이 시스템에 사용되며 다중 안테나로 구현된 수신기에서 신호 처리 방법에 있어서,
    상기 수신기의 각 안테나가 소스 노드로부터 전송된 시공간 블록 부호(Space-Time Block Code, STBC)화되지 않은 신호를 수신하고, 릴레이 노드들로부터 전송된 시공간 블록 부호화된 신호를 수신하는 단계;
    상기 각 안테나들로 수신된 신호들을 연산하여 상기 시공간 블록 부호화되지 않은 신호의 성분을 소거하여 상기 시공간 블록 부호화된 신호들의 성분들만으로 이루어진 수학식들을 획득하는 단계;
    상기 획득된 수학식들을 연산하여 상기 시공간 블록 부호화된 신호들의 성분들을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 시공간 블록 부호화된 신호들의 성분들을 이용하여 상기 시공간 블록 부호화되지 않은 신호의 성분을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반이중 방식 릴레이 시스템의 수신기에서 신호 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 소스 노드와 상기 수신기 사이의 채널은 SIMO 채널 이고, 상기 각 릴레이 노드들과 상기 수신기 사이의 채널은 MIMO 채널이며, 상기 릴레이 노드들 중 적어도 하나는 DF(Decode and Forwarding) 방식을 사용하고, 상기 소스 노드 또는 상기 릴레이 노드들로부터 상기 수신기로의 채널은 slow Rayleigh fading 채널인 것을 특징으로 하는 반이중 방식 릴레이 시스템의 수신기에서 신호 처리 방법.
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