KR20110041292A - Modulation device for network coded symbol in bidirectional relaying system and data relay method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A modulation device for a network coded symbol in a bidirectional relaying system is provided to overcome the declination of system yield due to a retransmitting by improving the receiving reliability of the network coded symbol. CONSTITUTION: A network coding unit(310) network codes a first data received through a down link and a second data received through an uplink network. A mapper(320) performs QAM(Quadrature Amplitude Modulation) for the network coded first data and second data. The mapper constitutes transmission symbol pair which is mapped in two different constellations. The mapper comprises a QAM modulator, a symbol pairing unit, and a symbol mapping unit. The QAM modulator modulates the network coded first data and second data into an M2-QAM symbols.

Description

양방향 중계 시스템에서 네트워크 부호화된 심볼의 변조 장치 및 이를 이용한 데이터 중계 방법{MODULATION DEVICE FOR NETWORK CODED SYMBOL IN BIDIRECTIONAL RELAYING SYSTEM AND DATA RELAY METHOD THEREOF}MODULATION DEVICE FOR NETWORK CODED SYMBOL IN BIDIRECTIONAL RELAYING SYSTEM AND DATA RELAY METHOD THEREOF}

본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 비대칭 채널을 이용하여 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템에서 네트워크 부호화된 심볼의 변조 장치 그리고 이를 이용한 데이터 중계 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wireless communication technology, and more particularly, to an apparatus for modulating a network coded symbol and a data relay method using the same in a bidirectional relay system using network coding using an asymmetric channel.

시간 분할 이중화(time division duplexing; TDD) 시스템에서 양방향 중계 시스템(traditional bi-directional relaying; TBR)은 일반적으로 도 1과 같이 동작한다. 먼저, 기지국(BS)이 하향 링크(DL)를 통해 중계기(RS)로 데이터를 전송한다. 중계기(RS)는 기지국(BS)으로부터 수신한 데이터를 복조 및 복호한 후 다시 채널 부호화와 변조를 하여 하향 링크(DL)를 통해 단말(MS)로 중계한다. 동일한 방법으로 단말(MS)은 상향 링크(UL)를 통해 중계기(RS)로 데이터를 전송하며, 중계기(RS)는 단말(MS)로부터 수신한 데이터를 복조 및 복호한 후 다시 채널 부호화와 변조를 하여 상향 링크(UL)를 통해 기지국(BS)으로 중계한다.In a time division duplexing (TDD) system, a traditional bi-directional relaying (TBR) system generally operates as shown in FIG. 1. First, the base station BS transmits data to the repeater RS through the downlink DL. The repeater (RS) demodulates and decodes the data received from the base station (BS), and performs channel coding and modulation again to relay to the terminal (MS) through the downlink (DL). In the same way, the terminal MS transmits data to the repeater RS through the uplink UL, and the repeater RS demodulates and decodes the data received from the terminal MS and performs channel encoding and modulation again. To the base station (BS) through the uplink (UL).

이와 같은 양방향 중계 시스템(TBR)은 기지국(BS)과 단말(MS)이 양방향으로 통신하기 위해서 4개의 시분할 슬롯이 필요하다. 여기서 양방향 통신은 기지국(BS)이 중계기(RS)를 거쳐 단말(MS)로 하향 링크(DL) 데이터를 전송하고, 단말(MS)이 중계기(RS)를 거쳐 기지국(BS)으로 상향 링크(UL) 데이터를 전송하는 경우를 의미한다. 즉, 기지국(BS)이 단말(MS)로 하향 링크(DL) 데이터를 전송할 경우, 기지국(BS)이 중계기(RS)로 하향 링크(DL)를 통해 데이터를 전송하는 시분할 슬롯(기지국 → 중계기)과 중계기(RS)가 수신한 데이터를 복조 및 복호한 후 다시 채널 부호화를 수행하고 변조하여 하향 링크(DL)를 통해 단말(MS)로 데이터를 전송하는 시분할 슬롯(중계기 → 단말)을 합하여 2개의 시분할 슬롯이 필요하다. 또한, 단말(MS)이 기지국(BS)으로 상향 링크(UL) 데이터를 전송할 경우, 단말(MS)이 중계기(RS)로 상향 링크(UL)를 통해 데이터를 전송하는 시분할 슬롯(단말 → 중계기)과 중계기(RS)가 수신한 신호를 복조 및 복호한 후 다시 채널 부호화를 수행하고 변조하여 상향 링크(UL)를 통해 기지국(BS)으로 데이터를 전송하는 시분할 슬롯(중계기 → 기지국)을 합하여 2개의 시분할 슬롯이 필요하게 된다. 따라서 기지국(BS)과 단말(MS)이 양방향 통신을 하기 위해 총 4개의 시분할 슬롯을 사용한다.Such a bidirectional relay system (TBR) requires four time slots in order for the base station (BS) and the terminal (MS) to communicate in both directions. In this bidirectional communication, the base station (BS) transmits downlink (DL) data to the terminal (MS) via the relay (RS), the terminal (MS) through the repeater (RS) uplink (UL) to the base station (BS) ) Means data transmission. That is, when the base station BS transmits downlink (DL) data to the terminal MS, a time division slot (base station → repeater) through which the base station BS transmits data through the downlink DL to the repeater RS. After demodulating and decoding the data received by the repeater RS, channel coding is performed again, modulated, and the two time division slots (relay → terminal) for transmitting data to the MS through the downlink DL are added together. Time division slots are required. In addition, when the terminal MS transmits uplink (UL) data to the base station BS, a time division slot (terminal → repeater) for transmitting the data through the uplink (UL) to the repeater (RS). After demodulating and decoding the signal received by the repeater RS, channel encoding is performed again, modulated, and then the two time-slot slots (relay → base station), which transmit data to the base station BS through the uplink UL, are added. Time division slots are required. Therefore, the base station BS and the terminal MS use a total of four time division slots for bidirectional communication.

이와 같은 양방향 중계 시스템(TBR)의 시분할 슬롯 갯수를 줄이기 위한 방안으로 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템(coded bi-directional relaying; CBR)이 제안되었다. 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템(CBR)은 도 2와 같이 동작한다.Coded bi-directional relaying (CBR) using network coding has been proposed as a way to reduce the number of time-sharing slots of the TBR. A bidirectional relay system (CBR) using network coding operates as shown in FIG.

먼저, 기지국(BS)은 중계기(RS)로 자신의 데이터를 전송하고 그 데이터를 버퍼에 저장한다. 단말(MS)은 중계기(RS)로 자신의 데이터를 전송하고 그 데이터를 버퍼에 저장한다. 중계기(RS)는 기지국(BS)과 단말(MS)로부터 수신한 데이터를 복조 및 복호한 후 검출한다. 검출된 기지국(BS)과 단말(MS)의 데이터를 이용하여 네트워크 부호화를 수행한다(XOR 연산). 네트워크 부호화된 비트들은 채널 부호화와 변조를 거쳐 심볼로 변환되어 기지국(BS)과 단말(MS)로 방송된다.First, the base station BS transmits its data to the repeater RS and stores the data in a buffer. The terminal MS transmits its data to the relay RS and stores the data in a buffer. The repeater RS detects after demodulating and decoding data received from the base station BS and the terminal MS. Network encoding is performed using the detected data of the base station BS and the terminal MS (XOR operation). The network-coded bits are converted into symbols through channel coding and modulation and broadcasted to the base station BS and the terminal MS.

이와 같은 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템(CBR)은 기지국(BS)과 단말(MS)이 양방향으로 통신하기 위해서 3개의 시분할 슬롯이 필요하다. 즉, 기지국(BS)이 중계기(RS)로 하향 링크(DL)를 통해 데이터를 전송하는 시분할 슬롯(기지국 → 중계기)과 단말(MS)이 중계기(RS)로 상향 링크(UL)를 통해 데이터를 전송하는 시분할 슬롯(단말 → 중계기) 그리고 중계기(RS)가 단말(MS)과 기지국(BS)으로부터 수신한 데이터를 각각 변조 및 복호하여 얻은 비트들에 대하여 네트워크 부호화를 수행한 후 다시 채널 부호화를 수행하고 변조하여 기지국(BS)과 단말(MS)로 방송하기 위한 시분할 슬롯을 합하여 총 3개의 시분할 슬롯이 필요하다.In the bidirectional relay system CBR using the network coding, three time division slots are required for the BS and the MS to communicate in both directions. That is, a time division slot (base station → repeater) in which the base station BS transmits data through the downlink DL to the repeater RS, and the terminal MS transmit data to the repeater RS through the uplink UL. After performing network encoding on the bits obtained by modulating and decoding the data received from the MS and the BS by the time division slot (terminal → repeater) and the repeater RS, the channel encoding is performed again. In addition, a total of three time division slots are required by adding time division slots for broadcasting to the base station BS and the terminal MS.

네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템(CBR)은 종래의 양방향 중계 시스템(TBR)에 비해 시분할 슬롯을 적게 사용할 수 있으므로 결과적으로 시스템 수율 성능에 이득을 얻을 수 있다. 그러나 이러한 수율 성능에 있어서의 이득은 최대 33%로써 양방향 링크가 대칭성을 가질 때 보장 받을 수 있다. 여기서 양방향 링크가 대칭성을 가진다는 것은 기지국(BS)과 중계기(RS) 사이의 링크와 중계기(RS)와 기지국(BS) 사이의 링크 품질이 유사하고 기지국(BS)이 단말(RS)로 하향 링크(DL)를 통해 전송하는 데이터의 양과 단말(MS)이 기지국(BS)으로 상향 링크(UL)를 통해 전송하는 데이터의 양이 동일할 때를 의미한다.Bidirectional relay system (CBR) using network coding can use fewer time slots than conventional bidirectional relay system (TBR), resulting in a gain in system yield performance. However, the gain in this yield performance is up to 33%, which can be guaranteed when the bidirectional link is symmetrical. Here, the bidirectional link is symmetrical in that the link between the base station BS and the repeater RS and the link quality between the repeater RS and the base station BS are similar, and the base station BS is downlinked to the terminal RS. The amount of data transmitted through the DL and the amount of data transmitted by the terminal MS through the uplink UL to the base station BS are the same.

그런데 양방향 링크가 비대칭성을 갖게 된다면, 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템(CBR)이 종래의 양방향 중계 시스템(TBR)에 비해 얻을 수 있는 수율 이득이 줄어들게 된다. 또한, 네트워크 부호화를 사용하는 시스템(CBR)에서는 서로 다른 노드들로부터 전송된 데이터가 동시에 부호화되어 방송되므로 네트워크 부호화되어 방송되는 데이터에 오류가 발생할 경우 빈번한 재전송으로 인해 시스템 수율을 저하 시킬 수 있다.However, if the bidirectional link has an asymmetry, the yield gain that the bidirectional relay system (CBR) using network coding can obtain can be reduced compared to the conventional bidirectional relay system (TBR). In addition, in a system CBR using data encoding, data transmitted from different nodes are simultaneously encoded and broadcast, and thus, when an error occurs in data that is network encoded and broadcast, the system yield may be reduced due to frequent retransmission.

본 발명의 목적은 비대칭 채널을 이용하여 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템에서 네트워크 부호화된 심볼의 수신 신뢰도를 향상시킴으로써, 재전송으로 인한 시스템 수율 저하를 극복하고 목적지 노드에서의 비트오류율 성능을 향상시킬 수 있는 변조 장치 및 이를 이용한 데이터 중계 방법을 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention is to improve the reception reliability of network coded symbols in a bidirectional relay system using network coding using an asymmetric channel, thereby overcoming the system yield degradation due to retransmission and improving the bit error rate performance at the destination node. It is to provide a modulation device and a data relay method using the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변조 장치는 하향 링크를 통해 수신된 제1데이터와 상향 링크를 통해 수신된 제2데이터를네트워크 부호화(network coding)화는 네트워크 부호화부; 및 상기 네트워크 부호화된 제1데이터와 제2데이터를 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조하여 서로 다른 두 개의 성상도에 매핑된 전송 심볼 쌍을 구성하는 매퍼를 포함한다.Modulation apparatus of the present invention for achieving the above object is a network encoder for network coding (network coding) the first data received through the downlink and the second data received through the uplink; And a mapper constituting a transmission symbol pair mapped to two different constellations by performing quadrature amplitude modulation (QAM) modulation on the network-coded first data and second data.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 데이터 중계 방법은 (a) 상기 중계 노드가 하향 링크를 통해 제1노드로부터 수신된 제1데이터와 상향 링크를 통해 제2노드로부터 수신된 제2데이터의 길이를 동일하게 맞추는 단계; (b) 상기 중계 노드가 상기 길이가 맞추어진 제1데이터와 제2데이터를 네트워크 부호화하는 단계; (c) 상기 중계 노드가 상기 네트워크 부호화된 제1데이터와 제2데이터를 QAM 변조하여 서로 다른 성상도에 매핑된 전송 심볼 쌍을 구성하는 단계; 및 (d) 상기 중계 노드가 상기 전송 심볼 쌍을 연속된 두 번의 전송 시간 동안 상기 제1노드 및 제2노드로 방송(broadcasting)하는 단계를 포함한다.The data relay method of the present invention for achieving the above object is (a) the length of the second data received from the second node through the uplink and the first data received from the first node through the relay node; Equally fitting; (b) the relay node network encoding the first data and the second data having the adjusted lengths; (c) the relay node performing QAM modulation on the network coded first data and second data to form a transmission symbol pair mapped to different constellations; And (d) the relay node broadcasting the pair of transmission symbols to the first node and the second node for two consecutive transmission times.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 데이터 수신 방법은, (a) 목적지 노드로 전송하기 위한 제1데이터를 상기 중계 노드로 전송하고 저장부에 저장하는 단계; (b) 상기 목적지 노드가 상기 중계 노드로 전송한 제2데이터 및 상기 제1데이터를 이용하여 변조된 심볼 쌍을 두 번에 걸쳐 수신하는 단계; (c) 상기 두 번에 걸쳐 수신한 심볼 쌍을 검출하는 단계; 및 (d) 상기 검출한 심볼 쌍과 상기 저장부에 저장된 제1데이터를 배타적 논리합(XOR) 연산을 수행하여 상기 목적지 노드가 전송한 제2데이터를 검출하는 단계를 포함한다.The data receiving method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of: (a) transmitting the first data for transmission to the destination node and storing in the storage; (b) receiving, by the destination node, the second data transmitted to the relay node and the symbol pair modulated using the first data twice; (c) detecting the received pair of symbols twice; And (d) detecting the second data transmitted by the destination node by performing an exclusive OR operation on the detected symbol pair and the first data stored in the storage unit.

이상의 구성을 통한 본 발명의 변조 장치 및 데이터 중계 방법에 따르면, 양방향 중계 시스템에서 네트워크 코딩을 사용하는 중계 노드가 목적지 노드로 방송하는 네트워크 부호화된 신호의 비트오류율 성능을 향상시킴으로써 목적지 노드에서 높은 신뢰도를 가지고 수신 신호를 검출할 수 있다.According to the modulation apparatus and the data relay method of the present invention through the above configuration, in the bidirectional relay system, the relay node using network coding improves the bit error rate performance of the network coded signal broadcasted to the destination node, thereby improving high reliability at the destination node. The received signal can be detected.

본 발명은 비대칭 채널을 이용하여 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템에서 네트워크 부호화된 심볼의 수신 신뢰도를 향상시킴으로써 재전송으로 인한 시스템 수율 저하를 극복하고, 목적지 노드에서의 비트 오류율 성능을 향상시키기 위한 변조 방식 및 이를 이용한 데이터 중계 방법에 관한 것이다. 여기서 비대칭 채널은 기지국과 중계기 사이의 링크와 중계기와 단말 사이의 링크 품질(예컨대, signal-to-interference and noise ratio: SINR)이 서로 다르고 기지국이 단말 로 하향 링크를 통해 전송하는 데이터의 양과 단말이 기지국으로 상향 링크를 통해 전송하는 데이터의 양이 다를 때를 의미한다. The present invention improves the reception reliability of network coded symbols in a bidirectional relay system using network coding using an asymmetric channel, thereby overcoming system yield degradation due to retransmission and improving bit error rate performance at a destination node. And a data relay method using the same. In this case, the asymmetric channel has a different link quality (eg, signal-to-interference and noise ratio (SINR)) between the link between the base station and the repeater and the terminal, and the amount of data transmitted by the base station through the downlink to the terminal and the terminal. This is when the amount of data transmitted on the uplink to the base station is different.

앞의 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된 발명의 부가적인 설명이 제공되는 것으로 여겨져야 한다. 참조 부호들이 본 발명의 바람직한 실시예들에 상세히 표시되어 있으며, 그것의 예들이 참조 도면들에 표시되어 있다. 가능한 모든 경우에 대해, 동일한 참조 번호들이 동일한 또는 유사한 부분을 참조하기 위해서 설명 및 도면들에 사용된다. 이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary, and that additional explanations of the claimed invention are provided. Reference numerals are shown in detail in preferred embodiments of the invention, examples of which are indicated in the reference figures. For all possible cases, like reference numerals are used in the description and the drawings to refer to the same or like parts. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.

이하의 설명에서 기지국은 하향 링크를 통해 단말에게 N 1 비트를, 단말은 상향 링크를 통해 기지국에게 N 2 비트를 전송한다고 가정한다(N 1 ≠ N 2 ). 또한 기지국, 중계기 그리고 단말은 각 링크의 품질에 따라 적응형 변조(adaptive modulation)를 사용한다고 가정한다. 설명의 편의를 위해 채널 부호화는 고려하지 않으며 M-QAM 변조(

Figure 112009063298607-PAT00001
)를 고려한다.In the following description, it is assumed that the base station transmits N 1 bits to the terminal through the downlink, and the terminal transmits N 2 bits to the base station through the uplink ( N 1 ≠ N 2 ). In addition, it is assumed that the base station, the repeater, and the terminal use adaptive modulation according to the quality of each link. For simplicity, channel coding is not considered and M-QAM modulation (
Figure 112009063298607-PAT00001
Consider.

즉, 기지국과 중계기 간 링크의 변조 차수는 M 1 (

Figure 112009063298607-PAT00002
), 중계기와 단말 간 링크의 변조 차수는 M 2 (
Figure 112009063298607-PAT00003
)이다. 일반적으로 MIMO(multiple-input multiple-output) 기술을 사용하거나 rooftop 안테나를 사용하여 기지국과 중계기 사이의 채널은 LOS(line-of-sight)를 보장할 수 있으므로 M 1 ≠ M 2 로 가정한다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 기지국과 중계기 간의 링크가 16-QAM 변조를 사용하고(즉, M 1 =16), 중계기와 단말 간의 링크가 4-QAM 변조를 사용하는 경우(즉, M 2 =4)를 예를 들어 설명하지만, 본 발명은 M 1 =(M 2 )2인 경우에 일반적으로 적용될 수 있음을 유의하여야 한다.That is, the modulation order of the link between the base station and the repeater is M 1 (
Figure 112009063298607-PAT00002
), The modulation order of the link between the repeater and the terminal is M 2 (
Figure 112009063298607-PAT00003
)to be. In general, a channel between a base station and a repeater using a multiple-input multiple-output (MIMO) technique or a rooftop antenna can be guaranteed line-of-sight (LOS), so M 1 ≠ M 2 is assumed. Hereinafter, for convenience of description, when the link between the base station and the repeater uses 16-QAM modulation (that is, M 1 = 16), and the link between the repeater and the terminal uses 4-QAM modulation (that is, M 2 = 4). ) By way of example, it should be noted that the invention is generally applicable when M 1 = ( M 2 ) 2 .

도 3은 본 발명에 따른 변조 장치의 구조를 예시적으로 보여주는 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 중계기의 양방향 중계 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 변조 장치는 기지국 및 단말로부터 수신된 데이터를 이용하여 네트워크 부호화를 수행하는 네트워크 부호화부(310)와 네트워크 부호화된 데이터를 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조하여 서로 다른 두 개의 성상도에 매핑된 전송 심볼 쌍을 구성하는 매퍼(320)를 포함한다. 매퍼를 통해 구성된 전송 심볼 쌍은 송신부(330)를 통해 연속된 두 번의 전송 시간 동안 기지국과 단말로 방송(broadcasting)된다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 변조 장치의 동작과 중계기의 양방향 중계 절차를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다. 3 is a block diagram illustrating an exemplary structure of a modulation device according to the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating a bidirectional relay method of a repeater according to the present invention. Referring to FIG. 3, the modulation device according to the present invention is different from a network encoder 310 performing network encoding by using data received from a base station and a terminal by performing quadrature amplitude modulation (QAM) modulation on the network encoded data. It includes a mapper 320 constituting a transmission symbol pair mapped to two constellations. The transmission symbol pair configured through the mapper is broadcasted through the transmitter 330 to the base station and the terminal for two consecutive transmission times. Hereinafter, an operation of a modulation device and a bidirectional relay procedure of a repeater according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 중계기는 기지국으로부터 N 1 비트의 데이터를 수신하고, 단말로부터 N 2 비트의 데이터를 수신한 후(S401), min(N 1 , N 2 )를 통해 기지국으로부터 수신한 N 1 비트와 단말로부터 수신한 N 2 비트의 크기를 일치시킨다.3 and 4, first, the repeater receives N 1 bits of data from the base station, and receives N 2 bits of data from the terminal (S401), and then from the base station through min ( N 1 , N 2 ) Match the size of the received N 1 bit and the N 2 bit received from the terminal.

이후 네트워크 부호화부(310)는 min(N 1 , N 2 )를 이용하여 네트워크 부호화를 수행한다(S402). 네트워크 부호화된 min(N 1 , N 2 ) 비트는 QAM 변조부(321), 심볼 페어링부(322) 및 심볼 매핑부(323)를 포함하는 매퍼(320)를 통해 서로 다른 두 개의 성상도(constellation)에 매핑된 전송 심볼 쌍으로 변조된다.Thereafter, the network encoder 310 performs network encoding using min ( N 1 , N 2 ) (S402). The network coded min ( N 1 , N 2 ) bits are divided into two different constellations through a mapper 320 including a QAM modulator 321, a symbol pairing unit 322, and a symbol mapping unit 323. Is modulated with a transmission symbol pair mapped to

구체적으로, 단계 S403에서 QAM 변조부(321)는 네트워크 부호화부(310)를 통해 네트워크 부호화된 min(N 1 , N 2 ) 비트를 4-QAM 심볼들(S 1 , S 2 ,…, S J , J=1, 2,…,min(N 1 , N 2 )/2)로 변조한다. QAM 변조부(321)를 통해 4-QAM 변조된 심볼들은 심볼 페어링부(322)를 통해 두 개의 4-QAM 심볼들(S k , S k+1 )로 짝지어(pairing) 진다(S403).In detail, in operation S403, the QAM modulator 321 uses the network coded min ( N 1 , N 2 ) bits through the network encoder 310 to 4-QAM symbols S 1 , S 2 ,..., S J. , J = 1, 2, ..., min ( N 1 , N 2 ) / 2). Symbols 4-QAM modulated by the QAM modulator 321 are paired into two 4-QAM symbols S k and S k + 1 through the symbol pairing unit 322 (S403).

이후 심볼 매핑부(323)가 짝지어진 4-QAM 심볼들(S k , S k+1 )에 다음의 수학식 1과 같이 직교 행렬(W)을 곱하여 16-QAM 형태의 서로 다른 두 개의 성상도(constellation)에 매핑된 전송 심볼 쌍[X k , X k+1 ]을 구성한다(S405).Thereafter, the symbol mapping unit 323 multiplies the paired 4-QAM symbols ( S k , S k + 1 ) by an orthogonal matrix ( W ) as shown in Equation 1 below to form two different constellations in the form of 16-QAM. A transmission symbol pair [ X k , X k + 1 ] mapped to a constellation is configured (S405).

Figure 112009063298607-PAT00004
Figure 112009063298607-PAT00004

여기서 직교 행렬 W는 일예로 다음과 같이 주어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the orthogonal matrix W may be given as an example, but is not limited thereto.

Figure 112009063298607-PAT00005
Figure 112009063298607-PAT00005

단계 S405를 통해 16-QAM 변조된 전송 심볼 쌍[X k , X k+1 ]들은 연속된 두 번의 전송 시간 동안 단말과 기지국으로 방송(broadcasting)된다(S406). 이때 전송 심볼 쌍[X k , X k+1 ]은 첫 번째 전송시 도 6(a)에 도시된 성상도로 매핑되고, 두 번째 전송시 도 6(b)에 도시된 성상도로 매핑될 수 있다.In operation S405, the 16-QAM modulated transmission symbol pairs [ X k , X k + 1 ] are broadcasted to the terminal and the base station for two consecutive transmission times (S406). In this case, the transmission symbol pair [ X k , X k + 1 ] may be mapped to the constellation shown in FIG. 6 (a) in the first transmission and may be mapped to the constellation shown in FIG. 6 (b) in the second transmission.

한편, 도시하지 않았지만 중계기가 방송(broadcasting)한 min(N 1 , N 2 ) 비트를 제외한 나머지 비트들, 즉 |N 1 - N 2 | 비트들은 기지국 또는 단말로 전송(unicasting)된다. 예를 들어, N 1 > N 2 로 가정하면 min(N 1 , N 2 )=N 2 비트들은 단계 S406을 통해 중계기가 방송(broadcasting)하고, 나머지 N 1 - N 2 비트들은 중계기가 단말로 전송(unicasting)한다.On the other hand, although not shown, the bits remaining except min ( N 1 , N 2 ) bits broadcast by the repeater, that is, | N 1 - N 2 | The bits are unicasted to the base station or the terminal. For example, assuming N 1 > N 2 , min ( N 1 , N 2 ) = N 2 bits are broadcasted by the repeater through step S406, and the remaining N 1 - N 2 bits are transmitted to the terminal by the repeater. (unicasting)

도 5는 본 발명에 따른 중계기를 통해 통신하는 기지국 또는 단말의 데이터 송수신 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 먼저 기지국 또는 단말은 중계기로 데이터를 전송하고 자신의 버퍼에 전송한 데이터를 저장한다(S501). 예컨대, 기지국은 하향 링크를 통해 중계기로 N 1 비트를 전송하고 자신의 버퍼에 데이터를 저장한다. 단말은 상향 링크를 통해 N 2 비트를 전송하고 자신의 버퍼에 데이터를 저장한다.5 is a flowchart illustrating a data transmission and reception method of a base station or a terminal communicating through a repeater according to the present invention. Referring to FIG. 5, first, a base station or a terminal transmits data to a repeater and stores the data transmitted in its buffer (S501). For example, the base station transmits N 1 bits to the repeater through the downlink and stores data in its buffer. The terminal transmits N 2 bits through the uplink and stores data in its buffer.

이후 단말 또는 기지국은 중계기로부터 두 번에 걸쳐 심볼들[X k , X k+1 ]을 수신한 경우(S502), 수신한 심볼들[X k , X k+1 ]을 다음의 수학식 2로 표현된 최대 우도 검출 규칙을 이용하여 검출한다(S503).Then, when the terminal or the base station receives symbols [ X k , X k + 1 ] two times from the repeater (S502), the received symbols [ X k , X k + 1 ] are represented by the following equation (2). Detection is performed using the expressed maximum likelihood detection rule (S503).

Figure 112009063298607-PAT00006
Figure 112009063298607-PAT00006

여기서 Y k 는 k 번째 시간 슬롯에서 기지국 또는 단말이 수신한 신호이고, h k 는 k 번째 시간 슬롯의 채널이다.Where Y k is a signal received by a base station or a terminal in a k- th time slot, and h k is a channel of a k- th time slot.

단말은 자신이 검출한 비트들과 자신의 버퍼에 저장된 비트들을 배타적 논리합(XOR) 연산을 수행하여 기지국으로부터 전송된 비트들을 검출하고, 기지국은 자신이 검출한 비트들과 자신의 버퍼에 저장된 비트들을 배타적 논리합(XOR) 연산을 수행하여 단말로부터 전송된 비트들을 검출한다(S504).The terminal detects the bits transmitted from the base station by performing an exclusive OR operation on the bits detected by the UE and the bits stored in the buffer, and the base station detects the bits detected by the terminal and the bits stored in the buffer. An exclusive logical sum (XOR) operation is performed to detect bits transmitted from the terminal (S504).

도 7은 종래의 양방향 중계 시스템(TBR)과 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템(CBR) 그리고 본 발명에 따른 양방향 중계 시스템의 성능을 비교하는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 양방향 중계 시스템은 종래의 양방향 중계 시스템(TBR) 및 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템(CBR)에 비하여 더 나은 비트오류율 성능을 나타냄을 알 수 있다. 특히 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템(CBR)과 비교하여 전 범위의 Eb/No에 대하여 2dB 차이의 성능 향상을 보여줌을 알 수 있다.7 is a graph comparing performances of a conventional bidirectional relay system (TBR), a bidirectional relay system (CBR) using network encoding, and a bidirectional relay system according to the present invention. Referring to FIG. 7, it can be seen that the bidirectional relay system according to the present invention exhibits better bit error rate performance than the conventional bidirectional relay system (TBR) and the bidirectional relay system (CBR) using network encoding. In particular, it can be seen that the performance improvement of 2dB difference for the full range of Eb / No is compared with the bidirectional relay system (CBR) using network coding.

이상에서 설명된 본 발명의 변조 장치 및 데이터 중계 방법에 따르면 양방향 중계 시스템에서 네트워크 부호화를 사용하는 중계 노드가 목적지 노드로 방송하는 네트워크 부호화된 신호의 비트 오류율 성능을 향상시켜 목적지 노드에서 높은 신뢰도를 가지고 수신 신호를 검출할 수 있다.According to the modulation apparatus and the data relay method of the present invention described above, the relay node using the network encoding in the bidirectional relay system improves the bit error rate performance of the network coded signal broadcasted to the destination node, and has high reliability at the destination node. The received signal can be detected.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지로 변형할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be defined by the equivalents of the claims of the present invention as well as the following claims.

도 1은 종래의 양방향 중계 시스템을 개략적으로 보여주는 예시도1 is a schematic view showing a conventional bidirectional relay system

도 2는 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템을 개략적으로 보여주는 예시도2 is an exemplary diagram schematically showing a bidirectional relay system using network encoding.

도 3은 본 발명에 따른 변조 장치의 구조를 예시적으로 보여주는 블록도3 is a block diagram illustrating an exemplary structure of a modulation device according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 데이터 중계 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도4 is a flowchart illustrating an example of a data relay method according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 데이터 수신 방법을 예시적으로 보여주는 흐름도5 is a flowchart illustrating an example of a data receiving method according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 16-QAM 변조의 성상도를 예시적으로 보여주는 도면6 is a diagram illustrating the constellation of 16-QAM modulation according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 양방향 중계 시스템의 성능을 보여주는 그래프7 is a graph showing the performance of the bi-directional relay system according to the present invention

Claims (14)

네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템에서 네트워크 부호화된 심볼의 변조 장치에 있어서,An apparatus for modulating a network coded symbol in a bidirectional relay system using network coding, 하향 링크를 통해 수신된 제1데이터와 상향 링크를 통해 수신된 제2데이터를네트워크 부호화(network coding)화는 네트워크 부호화부; 및A network encoding unit configured to network code the first data received through the downlink and the second data received through the uplink; And 상기 네트워크 부호화된 제1데이터와 제2데이터를 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조하여 서로 다른 두 개의 성상도에 매핑된 전송 심볼 쌍을 구성하는 매퍼를 포함하는 변조 장치.And a mapper configured to form a transmission symbol pair mapped to two different constellations by performing quadrature amplitude modulation (QAM) modulation on the network-coded first data and second data. 제1항에 있어서, 상기 제1데이터는 M 1 -QAM으로 변조된 N 1 비트이고, 상기 제2데이터는 M 2 -QAM으로 변조된 N 2 비트인 것을 특징으로 하는 변조 장치.The modulation device of claim 1, wherein the first data is N 1 bits modulated with M 1 -QAM, and the second data is N 2 bits modulated with M 2 -QAM. 여기서, M 1 =(M 2 )2이고, N 1 ≠ N 2 이다.Here, M 1 = ( M 2 ) 2 and N 1 ≠ N 2 . 제2항에 있어서, 상기 매퍼는,The method of claim 2, wherein the mapper is 상기 네트워크 부호화된 제1데이터와 제2데이터를 M 2 -QAM 심볼들로 변조하는 QAM 변조부;A QAM modulator for modulating the network encoded first data and second data into M 2 -QAM symbols; 상기 M 2 -QAM 변조된 심볼들을 2개의 M 2 -QAM 심볼들로 짝짓는 심볼 페어링부; 및A symbol pairing unit for pairing the M 2 -QAM modulated symbols into two M 2 -QAM symbols; And 상기 짝지어진 M 2 -QAM 심볼들에 직교 행렬을 이용하여 M 1 -QAM 형태의 서로 다른 두 개의 성상도(constellation)에 매핑된 전송 심볼 쌍을 구성하는 심볼 매핑부를 포함하는 변조 장치.And a symbol mapping unit constituting a transmission symbol pair mapped to two different constellations of M 1 -QAM form using an orthogonal matrix to the paired M 2 -QAM symbols. 제3항에 있어서, 상기 전송 심볼 쌍은 다음의 수학식에 따라 구성되는 것을 특징으로 하는 변조 장치.4. The modulation apparatus of claim 3, wherein the transmission symbol pair is configured according to the following equation.
Figure 112009063298607-PAT00007
Figure 112009063298607-PAT00007
 여기서, [X k , X k+1 ]는 전송 심볼 쌍이고, [S k , S k+1 ]는 짝지어진 M 2 -QAM 심볼들이며, W는 직교 행렬이다.Here, [ X k , X k + 1 ] are transmission symbol pairs, [ S k , S k + 1 ] are paired M 2 -QAM symbols, and W is an orthogonal matrix. 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템에서 중계 노드를 통한 데이터 중계 방법에 있어서,In the data relay method through a relay node in a bidirectional relay system using network encoding, (a) 상기 중계 노드가 하향 링크를 통해 제1노드로부터 수신된 제1데이터와 상향 링크를 통해 제2노드로부터 수신된 제2데이터의 길이를 동일하게 맞추는 단계;(a) the relay node matching the lengths of the first data received from the first node through the downlink and the second data received from the second node through the uplink; (b) 상기 중계 노드가 상기 길이가 맞추어진 제1데이터와 제2데이터를 네트워크 부호화하는 단계;(b) the relay node network encoding the first data and the second data having the adjusted lengths; (c) 상기 중계 노드가 상기 네트워크 부호화된 제1데이터와 제2데이터를 QAM 변조하여 서로 다른 성상도에 매핑된 전송 심볼 쌍을 구성하는 단계; 및(c) the relay node performing QAM modulation on the network coded first data and second data to form a transmission symbol pair mapped to different constellations; And (d) 상기 중계 노드가 상기 전송 심볼 쌍을 연속된 두 번의 전송 시간 동안 상기 제1노드 및 제2노드로 방송(broadcasting)하는 단계를 포함하는 데이터 중계 방법.(d) the relay node broadcasting the transmitted symbol pair to the first node and the second node for two consecutive transmission times. 제5항에 있어서, 상기 제1데이터는 M 1 -QAM으로 변조된 N 1 비트이고, 상기 제2데이터는 M 2 -QAM으로 변조된 N 2 비트인 것을 특징으로 하는 데이터 중계 방법.6. The method according to claim 5, wherein the first data is N 1 bits modulated with M 1 -QAM, and the second data is N 2 bits modulated with M 2 -QAM. 여기서, M 1 =(M 2 )2이고, N 1 ≠ N 2 이다.Here, M 1 = ( M 2 ) 2 and N 1 ≠ N 2 . 제6항에 있어서, 상기 (a) 단계는 min(N 1 , N 2 )에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 데이터 중계 방법.7. The method of claim 6, wherein step (a) is performed by min ( N 1 , N 2 ). 제7항에 있어서, 상기 (d) 단계 이후에,The method of claim 7, wherein after step (d), 상기 중계 노드가 |N 1 - N 2 | 비트를 상기 제1노드 또는 제2노드로 전송(unicasting)하는 단계를 더 포함하는 데이터 중계 방법.The relay node | N 1 - N 2 | Unicasting a bit to the first node or the second node. 제6항에 있어서, 상기 (c) 단계는,The method of claim 6, wherein step (c) comprises: 상기 네트워크 부호화된 제1데이터 및 제2데이터를 M 2 -QAM 심볼들로 변조하는 단계;Modulating the network coded first data and second data into M 2 -QAM symbols; 상기 M 2 -QAM 변조된 심볼들을 2개의 M 2 -QAM 심볼들로 짝짓는 단계; 및Pairing the M 2 -QAM modulated symbols into two M 2 -QAM symbols; And 상기 짝지어진 M 2 -QAM 심볼들에 직교 행렬을 이용하여 M 1 -QAM 형태의 서로 다른 성상도에 매핑하는 단계를 포함하는 데이터 중계 방법.And mapping the paired M 2 -QAM symbols to different constellations of the form M 1 -QAM using an orthogonal matrix. 제9항에 있어서, 상기 전송 심볼 쌍은 다음의 수학식에 따라 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 중계 방법.10. The method of claim 9, wherein the transmission symbol pair is configured according to the following equation.
Figure 112009063298607-PAT00008
Figure 112009063298607-PAT00008
 여기서, [X k , X k+1 ]는 전송 심볼 쌍이고, [S k , S k+1 ]는 짝지어진 M 2 -QAM 심볼들이며, W는 직교 행렬이다.Here, [ X k , X k + 1 ] are transmission symbol pairs, [ S k , S k + 1 ] are paired M 2 -QAM symbols, and W is an orthogonal matrix. 네트워크 부호화를 사용하는 양방향 중계 시스템에서 중계 노드를 통해 통신하는 노드의 데이터 수신 방법에 있어서,In the bidirectional relay system using a network encoding method for receiving data of a node communicating through a relay node, (a) 목적지 노드로 전송하기 위한 제1데이터를 상기 중계 노드로 전송하고 저장부에 저장하는 단계;(a) transmitting first data for transmission to a destination node to the relay node and storing in the storage unit; (b) 상기 목적지 노드가 상기 중계 노드로 전송한 제2데이터 및 상기 제1데이터를 이용하여 변조된 심볼 쌍을 두 번에 걸쳐 수신하는 단계;(b) receiving, by the destination node, the second data transmitted to the relay node and the symbol pair modulated using the first data twice; (c) 상기 두 번에 걸쳐 수신한 심볼 쌍을 검출하는 단계; 및(c) detecting the received pair of symbols twice; And (d) 상기 검출한 심볼 쌍과 상기 저장부에 저장된 제1데이터를 배타적 논리합(XOR) 연산을 수행하여 상기 목적지 노드가 전송한 제2데이터를 검출하는 단계를 포함하는 데이터 수신 방법.and (d) performing an exclusive OR operation on the detected symbol pair and the first data stored in the storage unit to detect second data transmitted by the destination node. 제11항에 있어서, 상기 제1데이터는 M 1 -QAM으로 변조된 N 1 비트이고, 상기 제2데이터는 M 2 -QAM으로 변조된 N 2 비트인 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.12. The method of claim 11, wherein the first data is N 1 bits modulated with M 1 -QAM, and the second data is N 2 bits modulated with M 2 -QAM. 여기서, M 1 =(M 2 )2이고, N 1 ≠ N 2 이다.Here, M 1 = ( M 2 ) 2 and N 1 ≠ N 2 . 제12항에 있어서, 상기 심볼 쌍은 상기 제1데이터와 제2데이터를 네트워크 부호화한 후 QAM 변조하여 M 1 -QAM 형태의 서로 다른 성상도에 매핑하여 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.The method of claim 12, wherein the symbol pairs are configured by network coding the first data and the second data and then performing QAM modulation to map different constellations in the form of M 1 -QAM. 제11항에 있어서, 상기 (c) 단계에서 상기 심볼 쌍은 다음의 수학식에 따라 최대 우도 검출 규칙을 이용하여 검출되는 것을 특징으로 하는 데이터 수신 방법.12. The method of claim 11, wherein in the step (c), the symbol pair is detected using a maximum likelihood detection rule according to the following equation.
Figure 112009063298607-PAT00009
Figure 112009063298607-PAT00009
 여기서 Y k 는 k 번째 시간 슬롯에서 기지국 또는 단말이 수신한 신호이고, h k 는 k 번째 시간 슬롯의 채널이다.Where Y k is a signal received by a base station or a terminal in a k- th time slot, and h k is a channel of a k- th time slot.
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