KR20130017832A - 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법 - Google Patents

증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 안테나 릴레이 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 레이트 영역을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 제1 단말 노드와 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치에 있어서, 제1 단말 노드에서 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 제2 단말 노드에서 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 전송률 연산부; 전송률 연산부를 통해 연산한 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 기울기 연산부; 및 기울기 연산부를 통해 연산한 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 기울기 연산부를 통해 연산한 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 제1 단말 노드 및 제2 단말 노드 각각의 송신 전력을 결정하는 전력 결정부를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치가 제공된다.

Description

증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PRECODER IN MULTI ANTENA RELAY SYSTEM USING AMPLIFY AND FORWARD}
본 발명은 다중 안테나 릴레이 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 합 전송률을 최적화하기 위한 전처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
고속 통신 및 증대되는 통화량을 수요하기 위해 차세대 통신 시스템에서는 분산적으로 제어되고 구축되면서, 새로운 기지국의 추가와 같은 환경 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 릴레이 시스템이 제안되었다.
릴레이 시스템은 셀 영역 내에서 발생하는 부분적인 음영 지역을 커버하여 셀 서비스 영역을 넓힐 수 있으며, 시스템 용량을 증대시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 릴레이 시스템은 서비스 요구가 적은 초기 상황을 릴레이를 이용함으로써, 초기 설치 비용에 대한 부담을 줄일 수도 있다.
릴레이 시스템의 용량을 개선하기 위해 다중 안테나들은 점대점 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 시스템과 유사한 성능 이득을 얻기 위해 사용될 수 있다.
릴레이 시스템은 증폭 후 전송(Amplify and Forward: 이하 AF로 통칭함) 및 복호 후 전송(Decode and Forward: 이하 DF로 통칭함)로 구분할 수 있다. AF는 DF에 비하여 간단한 구조와 낮은 복잡성을 가지고 있지만 잡음을 증폭시킬 수 있다는 단점이 있다. DF는 AF 보다 지능화된 중계방식으로 구조가 복잡해지는 단점을 가지고 있다.
릴레이 시스템에서 양방향(two-way) 릴레이 방식은 기지국과 단말로 동시에 양방향 통신이 가능하기 때문에 일방향(one-way) 릴레이 방식과 비교하여 채널 용량을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
이러한 양방향 릴레이 시스템이 적용된 특허를 살펴보면, 한국공개특허 제10-2011-0020352호에는 평균 채널 정보만을 이용하여 서로 간섭 영향이 최소가 되는 기지국 사용자와 릴레이 사용자를 확률적인 관점에서 선택하고, 고유 빔을 형성함으로써 릴레이 간섭을 최소화는 기술이 기재되어 있다. 또한, 한국공개특허 제10-2009-0052665호에는 단말의 송신 전력 총합을 최소화되도록 단말에게 하나의 중계국을 할당하고, 중계국의 송신 전력 합을 최소화되도록 중계국의 송신 전력을 결정하여 중계 링크를 설정하는 기술이 기재되어 있다.
한편, 최근에는 고속 통신 및 증대되는 통화량을 수요하기 위해서 LTE 또는 WiBro 등과 같은 제4 세대의 무선 이동 통신 시스템이 개발되고 있다. 즉, 양방향 릴레이 시스템에서도 제4 세대의 무선 이동 통신 시스템을 적용하기 위한 연구가 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 실시 예는 양방향 통신 시스템에서 송신단의 전송률이 서로 다를 경우에 레이트 영역을 획득할 수 있는 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법을 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시 예는 제4 세대의 무선 이동 통신 시스템에서 기대하는 전송률이 다를 경우에 최대 전송률을 획득할 수 있는 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 소스단들의 파워 합을 일정하게 유지할 수 있는 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 제1 단말 노드와 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치가 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 제1 단말 노드와 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치에 있어서, 제1 단말 노드에서 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 전송률 연산부; 상기 전송률 연산부를 통해 연산한 상기 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터 및 전송 필터 각각에 대한 상기 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 기울기 연산부; 및 상기 기울기 연산부를 통해 연산한 상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 기울기 연산부를 통해 연산한 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 제1 단말 노드 및 제2 단말 노드 각각의 송신 전력을 결정하는 전력 결정부를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치가 제공된다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 제1 단말 노드와 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치가 선형 전처리하는 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 제1 단말 노드와 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치가 선형 전처리하는 방법에 있어서, 제1 단말 노드에서 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 단계; 상기 연산한 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 단계; 및 상기 연산한 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 연산한 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 제1 단말 노드 및 제2 단말 노드 각각의 송신 전력을 결정하는 단계를 포함하는 전처리 방법이 제공된다.
본 발명의 실시 예에 따른 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법은 양방향 통신 시스템에서 송신단의 전송률이 서로 다를 경우에도 용이하게 레이트 영역을 획득할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예에 따른 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법은 제4 세대의 무선 이동 통신 시스템에서 기대하는 전송률이 다를 경우에 최대 전송률을 획득할 수 있으므로 성능 이득을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법은 소스단들의 파워 합을 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템을 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 장치를 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템에서 제1 위상 전력을 나타낸 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템에서 제2 위상 전력을 나타낸 예시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템에서 레이트 영역을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가중 합 전송률을 나타낸 그래프.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명에 따른 증폭 전달 기법을 사용하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치 및 방법의 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명이 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
후술될 본 발명의 일 실시 예에서는 복수 개의 안테나를 각각 구비한 릴레이 노드를 통해 제1 단말 노드와 제2 단말 노드가 양방향으로 통신하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 가중 합 전송률을 극대화하는 레이트 영역을 설정하는 방안에 대해 구체적으로 설명할 것이다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 안테나 릴레이 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 다중 안테나 릴레이 시스템에서 제1 단말 노드(110), 제1 전송 필터(120), 제1 내지 제k 릴레이 노드(이하, 릴레이 노드(150)로 통칭함), 제1 내지 제k 릴레이 필터(이하, 릴레이 필터(160)로 통칭함), 제2 단말 노드(130) 및 제2 전송 필터(140)를 포함한다. 이때, k는 자연수이다.
제1 단말 노드(110)는 제2 단말 노드(130)와 신호를 송수신한다. 이때, 제1 단말 노드(110)는 릴레이 노드(150)를 통해 신호를 송수신한다. 제1 단말 노드(110)는 복수 개의 안테나를 구비한다.
제1 전송 필터(120)는 제1 단말 노드(110) 앞 단에 구비된다. 제1 전송 필터(120)는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 전송되는 신호를 프리코드(precode)하고, 프리코드된 신호를 릴레이 노드(150)로 전송한다.
릴레이 노드(150)는 제1 단말 노드(110)와 제2 단말 사이에 위치하여 신호를 제1 단말 노드(110) 또는 제2 단말 노드(130)로 중계한다. 즉, 릴레이 노드(150)는 제1 단말 노드(110)로부터 수신한 신호를 제2 단말 노드(130)로 전송하고, 제2 단말 노드(130)로부터 수신한 신호를 제1 단말 노드(110)로 전송한다. 릴레이 노드(150)는 복수 개의 안테나를 구비한다.
릴레이 필터(160)는 릴레이 노드(150) 앞단에 구비된다.
제2 단말 노드(130)는 릴레이 노드(150)와 접속하며 제1 단말과 신호를 송수신한다. 즉, 제2 단말은 제1 단말로 전송할 신호를 릴레이 노드(150)로 전송한다. 제2 단말은 릴레이 노드(150)를 통해 제1 단말로부터 신호를 수신한다.
제2 전송 필터(140)는 제2 단말 노드(130) 앞 단에 구비된다. 제2 전송 필터(140)는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 전송되는 신호를 프리코드하고, 프리코드된 신호를 릴레이 노드(150)로 전송한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2를 참조하면, 전처리 장치(200)는 전송률 연산부(210), 기울기 연산부(220), 전력 결정부(230), 영역 설정부(240), 표시부(250) 및 저장부(260)를 포함한다.
전송률 연산부(210)는 제1 전송률 및 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산한다. 즉, 전송률 연산부(210)는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률과 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 더하기 하여 최종 합 전송률을 연산한다.
전송률 연산부(210)는 최대 합 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산한다. 즉, 전송률 연산부(210)는 전송 위상에서 풀 전력 전송을 통해 신호를 전송하므로 이를 가정하여 최대 합 전송률을 기반으로 가중 합 전송률을 연산한다. 전송률 연산부(210)는 연산한 가중 합 전송률을 기울기 연산부(220)를 제공한다.
기울기 연산부(220)는 전송률 연산부(210)로부터 가중 합 전송률을 제공 받는다. 기울기 연산부(220)는 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터(160) 및 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산한다. 다시 말하면, 기울기 연산부(220)는 가중 합 전송률을 릴레이 필터(160) 및 전송 필터에 대해 편미분한다. 그리고, 기울기 연산부(220)는 릴레이 필터(160)에 대해 편미분한 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하고, 전송 필터에 대해 편미분한 가중 합 전송률을 이용하여 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산한다. 기울기 연산부(220)는 연산한 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 전력 결정부(230)로 제공한다.
전력 결정부(230)는 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 송신 전력을 결정한다. 구체적으로, 전력 결정부(230)는 기울기 연산부(220)로부터 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 제공 받는다. 전력 결정부(230)는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력을 결정한다. 이때, 전력 결정부(230)는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력을 결정할 수 있다.
전력 결정부(230)는 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 결정한다. 즉, 전력 결정부(230)는 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 제2 가중치를 조절하여 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 결정할 수 있다.
영역 설정부(240)는 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 레이트 영역(rate regions)을 설정한다. 즉, 영역 설정부(240)는 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 가중 합 전송률을 극대화하는 레이트 영역을 설정할 수 있다.
표시부(250)는 전처리 장치(200)의 동작 중에 발생되는 동작 정보 및 결과 정보를 사용자가 확인할 수 있도록 표시하는 수단이다. 예를 들어, 표시부(250)는 제1 전송률 및 제2 전송률을 표시할 수 있으며, 전송률 연산부(210)에서 연산된 최종 합 전송률 및 가중 합 전송률을 표시할 수 있다.
표시부(250)는 기울기 연산부(220)를 통해 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기가 연산되는 과정을 표시할 수 있으며, 기울기 연산부(220)를 통해 연산된 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 표시할 수 있다. 또한, 표시부(250)는 전력 결정부(230)를 통해 송신 전력이 결정되는 과정을 표시할 수 있으며, 결정된 송신 전력을 표시할 수 있다. 표시부(250)는 영역 설정부(240)를 통해 설정된 레이트 영역을 표시할 수 있다. 한편, 표시부(250)는 저장부(260)에 저장된 데이터를 표시할 수 있다.
이러한 표시부(250)는 영역 설정부(240)에서 설정한 레이트 영역을 표시할 수 있으면 그 종류는 무관하다. 예를 들어, 표시부(250)는 액정 표시 장치 (Liquid Crystal Display: LCD), 유기 발광 장치 (Organic Light Emitting Display: OLED), 전기 영동 표시 장치 (Electro Phoretic Display: EPD) 중 하나일 수 있다.
저장부(260)는 전처리 장치(200)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 다양한 프로그램을 저장한다. 또한, 저장부(260)는 프로그램 수행에 의해 생성된 각종 데이터 및 프로그램 수행에 의해 획득된 각종 데이터 등을 저장한다. 예를 들어, 저장부(260)는 전송률 연산부(210)에서 연산한 최종 합 전송률 및 가중 합 전송률을 저장할 수 있다. 저장부(260)는 기울기 연산부(220)에서 연산한 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 저장할 수 있다. 저장부(260)는 전력 결정부(230)에서 결정한 릴레이 노드(150)의 송신 전력, 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 저장할 수 있다. 또한, 저장부(260)는 영역 설정부(240)를 통해 설정된 레이트 영역을 저장할 수 있다.
한편, 저장부(260)는 전처리 장치(200)의 구성 요소인 전송률 연산부(210), 기울기 연산부(220), 전력 결정부(230), 영역 설정부(240) 및 표시부(250)의 요청에 따라 필요한 데이터를 제공할 수 있다. 저장부(260)는 통합 메모리로 이루어지거나, 복수의 메모리들로 세분되어 이루어질 수 잇다. 예를 들어, 저장부(260)는 롬 (Read Only Memory: ROM), 램 (Random Access Memory: RAM) 및 플래시 메모리 (Flash memory) 등으로 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 방법을 나타낸 순서도이다.
이에 앞서, 도 2를 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 장치(200)의 구성은 통합되거나 세분화될 수 있는 바, 해당 명칭에 구애 받지 아니하고, 상술한 기능을 수행하는 구성 요소는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전처리 장치(200)의 구성이 될 수 있음을 명확히 한다. 따라서, 이하 본 발명의 전처리 방법을 설명함에 있어서, 각 단계의 주체는 해당 구성 요소가 아닌 전처리 장치(200)를 주체로 하여 설명하기로 한다.
한편, 하기에서 위첨자 (·)T, (·)+, 및 (·)*은 각각 전치행렬, 켤레전치, 및 원소 별 켤레를 나타낸다. ε(·)는 기대값을 나타내고, I N는 NⅹN 단위행렬을 나타낸다. Tr(A),
Figure pat00001
, 및 vec(A)는 각각 행렬 A의 대각합, 행렬식, 및 스택 칼럼(stacked columns)을 나타내고, A의 프로베니우스 놈(Frobenius norm)은
Figure pat00002
과 같이 정의된다.
도 3을 참조하면, 전처리 장치(200)는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산한다(310). 우선, 제1 단말 노드(110)와 제2 단말 노드(130)의 사이에 구비된 모든 다중 입출력(Multiple Input Multiple Output: MIMO) 링크의 채널 정보는 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 모두로 방송될 수 있고, 릴레이 필터(160)는 해당 릴레이 노드(150)로 방송된다고 가정한다. 제1 채널 위상에서 도 4에 도시된 바와 같이 제1 단말 노드(110)는 제1 전송 필터(120)로 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터(
Figure pat00003
)를 전송한다. 제1 전송 필터(120)는 제1 단말 노드(110)로부터 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터(
Figure pat00004
)를 수신하고, 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터(
Figure pat00005
)와 제1 전송 필터(120)의 신호 벡터(
Figure pat00006
)를 프리코드(precode)하여 프리코드된 신호(
Figure pat00007
)를 제1 내지 제k 릴레이 노드(150)로 전송한다.
그리고, 제2 단말 노드(130)는 제2 전송 필터(140)로 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터(
Figure pat00008
)를 전송한다. 제2 전송 필터(140)는 제2 단말 노드(130)로부터 수신한 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터(
Figure pat00009
)와 제2 전송 필터(140)의 신호 벡터(
Figure pat00010
)를 프리코드하여 프리코드된 신호(
Figure pat00011
)를 제1 내지 제k 릴레이 노드(150)로 전송한다. 이하에서는 제k 릴레이 노드(150)를 예를 들어 설명하기 한다. 여기서, 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터 및 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터 각각은
Figure pat00012
및
Figure pat00013
를 갖도록 가정한다.
릴레이 노드(150)는 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말로부터 신호 벡터를 수신한다. 릴레이 노드(150)에서 수신한 신호 벡터는 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00014

여기서, rk는 릴레이 노드(150)에서 수신한 신호 벡터,
Figure pat00015
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00016
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00017
는 제1 전송 노드의 신호 벡터,
Figure pat00018
는 제2 전송 노드의 신호 벡터를 나타낸다. 그리고, nk는 제로 평균을 갖는 부가 복잡 가우시안 잡음 벡터(additive complex Gaussian noise vector)를 나타내고,
Figure pat00019
이다.
제2 채널 위상에서 도 5에 도시된 바와 같이 릴레이 노드(150)는 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130)로부터 수신한 신호 벡터와 릴레이 매트릭스를 곱하기 연산하여 릴레이 노드(150)에서 처리된 신호 벡터를 생성한다. 즉, 릴레이 노드(150)에서 처리된 신호 벡터는 [수학식 2]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00020

여기서, xk는 릴레이 노드(150)에서 처리된 신호 벡터,
Figure pat00021
는 릴레이 매트릭스, rk는 릴레이 노드(150)에서 수신한 신호 벡터,
Figure pat00022
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00023
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00024
는 제1 전송 노드의 신호 벡터,
Figure pat00025
는 제2 전송 필터(140)의 신호 벡터를 나타낸다. 그리고, nk는 제로 평균을 갖는 부가 복잡 가우시안 잡음 벡터(additive complex Gaussian noise vector)를 나타낸다.
제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130)는 유효 채널들 뿐만 아니라 이전 채널 위상에서 전송된 자신들의 심볼을 알고 있기 대문에 두 단말 모두에서 수신될 경우에 역 전파 자기 간섭 조건이 무효화될 수 있다. 이에 따라, 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각은 자기 간섭을 제거한 후에 릴레이 노드(150)로부터 신호를 수신한다. 릴레이 노드(150)로부터 수신한 신호 벡터는 [수학식 3]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00026

여기서,
Figure pat00027
는 제1 단말 노드(110)에서 자기 간섭을 제거한 신호 벡터,
Figure pat00028
는 제2 단말 노드(130)에서 자기 간섭을 제거한 신호 벡터,
Figure pat00029
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00030
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00031
는 릴레이 매트릭스,
Figure pat00032
는 제1 전송 필터(120)의 신호 벡터,
Figure pat00033
는 제2 전송 필터(140)의 신호 벡터,
Figure pat00034
는 제1 전송 노드의 신호 벡터,
Figure pat00035
는 제2 전송 필터(140)의 신호 벡터를 나타낸다. 그리고,
Figure pat00036
및
Figure pat00037
는 제로 평균 및 분산
Figure pat00038
을 갖는 복합 화이트 가우시안 잡음 벡터(complex white Gaussian noise vector)들을 나타낸다.
최대 합 전송률은 [수학식 4]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00039
여기서, 가중 합 전송률을 극대화하기 위해서는
Figure pat00040
와
Figure pat00041
의 합 전력 조건을 가정할 경우에 가능하다. 여기서,
Figure pat00042
는 최대 합 전송률,
Figure pat00043
는 제1 가중치,
Figure pat00044
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률,
Figure pat00045
는 제2 가중치,
Figure pat00046
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 나타낸다. 여기서, 제1 가중치(
Figure pat00047
) 및 제2 가중치(
Figure pat00048
)는 음수가 아닌 양수이다.
1 단말 노드에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률(
Figure pat00049
) 및 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률(
Figure pat00050
)은 [수학식 5]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00051

여기서,
Figure pat00052
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률,
Figure pat00053
는 제1 단말 노드(110)의 신호 벡터,
Figure pat00054
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00055
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스의 켤레전치,
Figure pat00056
는 릴레이 매트릭스,
Figure pat00057
는 릴레이 매트릭스의 켤레전치,
Figure pat00058
는 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터,
Figure pat00059
는 분산,
Figure pat00060
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00061
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00062
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00063
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스를 나타낸다. 그리고, 프리 로그 지수 1/2은 반 이중 모드에 의해 발생된다.
최대 합 전송률은 일반적으로 제1 전력 정규화 단말 매트릭스(TA), 제2 전력 정규화 단말 매트릭스(TB), 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스(F1, ......, Fk)에 대해 블록 또는 오목하지 않기 때문에 상기 [수학식 4]에서의 문제는 분석적으로 해결하기 어렵다. 그러므로, 가중 중 합 전송률의 기울기를 계산하고, 릴레이 필터(160) 및 전송 필터를 최적화한다. 최대 합 전송률은 각 전송 위상에서 풀 전력 전송을 통해 이루어지므로, [수학식 4]의 조건으로부터 l=A 및 B인
Figure pat00064
로 정의되고, k=1, ......, k인
Figure pat00065
로 정의된다. 여기서, 정규화 인자
Figure pat00066
및
Figure pat00067
는 [수학식 6]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00068

여기서,
Figure pat00069
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure pat00070
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자를 나타낸다. 이러한, 정규화 인자들을 사용할 때, 가중 합 전송률을 극대화하기 위한 최적 필터 매트릭스들을 산출하는 자유로운 극대화 문제가 [수학식 7]과 같이 정의될 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00071

여기서, TA 는 제1 전력 정규화 단말 매트릭스, TB 는 제2 전력 정규화 단말 매트릭스, F1, ......, Fk는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다. 그리고,
Figure pat00072
는 가중 합 전송률을 나타내며, [수학식 8]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 8]
Figure pat00073

여기서,
Figure pat00074
는 가중 합 전송률,
Figure pat00075
는 제1 가중치,
Figure pat00076
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure pat00077
는 제2 가중치,
Figure pat00078
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스를 나타낸다.
평균 자승 에러 매트릭스(
Figure pat00079
)는 [수학식 9]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 9]
Figure pat00080

여기서, l은 A 및 B이며,
Figure pat00081
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure pat00082
는 유효 채널 매트릭스,
Figure pat00083
는 유효 잡음 공분산 매트릭스를 나타낸다. L이 A 및 B일 때, 유효 채널 매트릭스(
Figure pat00084
) 및 유효 잡음 공분산 매트릭스(
Figure pat00085
)는 [수학식 10]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 10]
Figure pat00086

여기서,
Figure pat00087
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure pat00088
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure pat00089
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure pat00090
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스를 나타낸다.
Figure pat00091
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00092
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00093
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00094
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스를 나타낸다.
전처리 장치(200)는 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터(160) 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산한다(320). 다시 말하면, 전처리 장치(200)는 제1 전력 정규화 단말 매트릭스(TA), 제2 전력 정규화 단말 매트릭스(TB), 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스(F1, ......, Fk)에 대한 상기 [수학식 9]에서의 가중 합 전송률(
Figure pat00095
)의 기울기를 연산한다. 최대 합 전송률(
Figure pat00096
)이 실수 함수이기 때문에 기울기는 [수학식 11]로 정의할 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00097

가중 합 전송률 함수(
Figure pat00098
)의 도함수를 얻기 위해 가중 합 전송률의 미분값을 연산한다. 미분(
Figure pat00099
)을 사용할 때, [수학식 8]에서 릴레이 필터(
Figure pat00100
) 또는 전송 필터(
Figure pat00101
)에 대한 가중 합 전송률의 편미분은 [수학식 12]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00102

여기서,
Figure pat00103
은 가중 합 전송률의 편미분,
Figure pat00104
는 제1 가중치,
Figure pat00105
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure pat00106
는 제2 가중치,
Figure pat00107
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스를 나타낸다.
릴레이 필터(
Figure pat00108
)에 대한 미분은 [수학식 13]과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00109
Figure pat00110

여기서,
Figure pat00111
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure pat00112
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자,
Figure pat00113
는 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터,
Figure pat00114
는 분산,
Figure pat00115
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00116
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure pat00117
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00118
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
릴레이 필터(160)에 대한 미분은 [수학식 14]와 같이 정의된다.
[수학식 14]
Figure pat00119

여기서,
Figure pat00120
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자,
Figure pat00121
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure pat00122
는 분산,
Figure pat00123
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00124
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00125
는 제1 전력 정규화 단말 매트릭스,
Figure pat00126
는 제2 전력 정규화 단말 매트릭스,
Figure pat00127
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
[수학식 6]을 통해 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자(
Figure pat00128
)는 릴레이 필터(
Figure pat00129
)의 함수이다. [수학식 12]에서 상기 [수학식 13] 및 [수학식 14]의 결과들을 사용하는 일부 매트릭스를 처리한 후에 릴레이 필터(
Figure pat00130
)에 대한 미분은 [수학식 15]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 15]
Figure pat00131

결국 도함수
Figure pat00132
는 [수학식 15]에서
Figure pat00133
의 계수로부터 직접 산출될 수 있기 때문에, 릴레이 필터(
Figure pat00134
)에 대한 가중 합 전송률의 기울기는 [수학식 16]과 같이 정의할 수 있다.
[수학식 16]
Figure pat00135

여기서,
Figure pat00136
는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기,
Figure pat00137
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure pat00138
는 제1 가중치,
Figure pat00139
는 제2 가중치,
Figure pat00140
는 릴레이 노드(150)로부터 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00141
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00142
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00143
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00144
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure pat00145
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure pat00146
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure pat00147
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure pat00148
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure pat00149
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure pat00150
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
그리고, 전처리 장치(200)는 [수학식 12]에서 전송 필터(
Figure pat00151
)에 대한 편미분을 고려할 때, [수학식 17]과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 17]
Figure pat00152
Figure pat00153

여기서,
Figure pat00154
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure pat00155
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자,
Figure pat00156
는 제2 단말 노드(130)의 신호 벡터,
Figure pat00157
는 분산,
Figure pat00158
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00159
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure pat00160
는 릴레이 노드(150)로부터 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00161
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
[수학식 12]에서 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자(
Figure pat00162
) 및 전송 필터에 대한 정규화 인자(
Figure pat00163
)는 [수학식 6]의 전송 필터(
Figure pat00164
)의 함수들이기 때문에 [수학식 18]과 같이 정의된다.
[수학식 18]
Figure pat00165
Figure pat00166

여기서,
Figure pat00167
는 릴레이 필터(160)에 대한 정규화 인자,
Figure pat00168
는 전송 필터에 대한 정규화 인자,
Figure pat00169
는 분산,
Figure pat00170
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00171
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00172
는 제1 전력 정규화 단말 매트릭스,
Figure pat00173
는 제2 전력 정규화 단말 매트릭스,
Figure pat00174
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
l=A 및 B일 때, 전송 필터(
Figure pat00175
)에 대한 가중 합 전송률의 기울기는 [수학식 19]와 같이 정의할 수 있다.
[수학식 19]
Figure pat00176

여기서,
Figure pat00177
는 전송 필터(
Figure pat00178
)에 대한 가중 합 전송률의 기울기,
Figure pat00179
는 전송 필터에 대한 정규화 인자를 나타낸다. l=A 및 B이므로
Figure pat00180
는 제1 가중치,
Figure pat00181
는 제2 가중치,
Figure pat00182
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure pat00183
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스,
Figure pat00184
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure pat00185
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 채널 매트릭스,
Figure pat00186
는 제1 단말 노드(110)에서 제2 단말 노드(130)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스,
Figure pat00187
는 제2 단말 노드(130)에서 제1 단말 노드(110)로 신호 전송을 위한 유효 잡음 공분산 매트릭스를 나타낸다. 그리고,
Figure pat00188
는 [수학식 20]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 20]
Figure pat00189

여기서,
Figure pat00190
는 제1 단말 노드(110)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00191
는 제2 단말 노드(130)로부터 릴레이 노드(150)로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스,
Figure pat00192
는 전력 정규화 릴레이 필터(160) 매트릭스를 나타낸다.
전처리 장치(200)는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력을 결정하고, 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 결정한다(330). 구체적으로, [수학식 16] 및 [수학식 19]에서 전송 필터(Tl) 및 릴레이 필터(Fk)의 기울기 방향으로 움직일 때 가중 합 전송률이 가장 빠르게 증가할 수 있다. 즉, 전처리 장치(200)는 [수학식 21]을 이용하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력, 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 연산할 수 있다.
[수학식 21]
Figure pat00193

여기서,
Figure pat00194
는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기
Figure pat00195
는 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 나타낸다.
Figure pat00196
및
Figure pat00197
는 스텝 사이즈를 나타낸다.
이때, 전처리 장치(200)는 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기(
Figure pat00198
) 및 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기(
Figure pat00199
) 각각에서 가중 합 전송률이 최대화될 때까지 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 릴레이 필터(160)에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 릴레이 노드(150)의 송신 전력을 결정하고, 제1 단말 노드(110) 및 제2 단말 노드(130) 각각의 송신 전력을 결정한다.
전처리 장치(200)는 가중 합 전송률을 최대화고, 송신 전력을 결정한 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 레이트 영역을 설정한다(340). 즉, 본 발명에 따른 레이트 영역 및 송신 전력은 도 6에 도시된 바와 같이 제1 가중치(
Figure pat00200
) 및 제2 가중치(
Figure pat00201
)로부터 설정된다. 달성 가능한 레이트 영역은 도 6에 도시된 바와 같이 합 전력 조건을 만족시키는 송신 전력과 레이트 영역 점들의 볼록한 입체로 나타낸다.
도 6에서 도면 번호 610번은 w/적응 전력 최적화를 나타내며, 도 6에서 도면 번호 620번은 w/고정 전력 최적화를 나타낸다. 그리고, 도 6에서 도면 번호 630번은 제1 가중치(
Figure pat00202
)와 제2 가중치(
Figure pat00203
)가 0일 경우를 나타낸 것이며, 도 6에서 도면 번호 640은 제1 가중치(
Figure pat00204
)가 2이고, 제2 가중치(
Figure pat00205
)가 0일 경우를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가중 합 전송률을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 전처리 방법을 적용할 경우에 효과는 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 도 7에서 도면 번호 710번은
Figure pat00206
인 나이브(naive) AF 방식을 나타내며, 도면 번호 720번은
Figure pat00207
을 사용하는 기존 정합 필터 방식을 나타내고, 도면 번호 730번은 다중 릴레이 채널들에 대해 고정된 제1 가중치(
Figure pat00208
)가 8/5이고, 제2 가중치가 2/5인 방식을 나타내며, 도면 번호 740번은 본 발명에 따른 가중 합 전송률을 이용한 방식을 나타낸다. 즉, 본 발명에 따른 가중 합 전송률을 이용한 방식(740)은 종래의 나이브 AF방식(710)에 비해 10bpz/Hz에서 약 6dB의 SNR 이득을 얻을 수 있으며, 정합 필터 방식에 비해 약 3.5dB의 SNR 이득을 얻을 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110, 130: 단말 노드
120, 140: 전송 필터
150: 릴레이 노드
160: 릴레이 필터
200: 전처리 장치
210: 전송률 연산부
220: 기울기 연산부
230: 전력 결정부
240: 영역 설정부

Claims (14)

  1. 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 제1 단말 노드와 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치에 있어서,
    제1 단말 노드에서 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 전송률 연산부;
    상기 전송률 연산부를 통해 연산한 상기 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터 및 전송 필터 각각에 대한 상기 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 기울기 연산부; 및
    상기 기울기 연산부를 통해 연산한 상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 기울기 연산부를 통해 연산한 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 제1 단말 노드 및 제2 단말 노드 각각의 송신 전력을 결정하는 전력 결정부를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 결정부는,
    상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치를 조절하여 상기 제1 단말 노드 및 제2 단말 노드 각각의 송신 전력을 결정함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치를 이용하여 레이트 영역(rate regions)을 설정하는 영역 설정부를 더 포함함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 기울기 연산부는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제2 단말로 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 전력 정규 릴레이 필터 매트릭스, 상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 유효 채널 매트릭스 및 유효 잡음 공분산 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 유효 채널 매트릭스 및 유효 잡음 공분산 매트릭스 중 적어도 하나를 이용하여 상기 릴레이 필터 및 전송 필터 각각에 대한 상기 가중 합 전송률의 기울기를 연산함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전송률 연산부는,
    상기 제1 단말 노드에서 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 상기 가중 합 전송률을 연산함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전송률 연산부는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제2 단말로 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스 및 릴레이 매트릭스와 함께 단말 노드에 따라 선택된 제1 단말 노드의 신호 벡터 또는 제2 단말 노드의 신호 벡터를 이용하여 상기 제1 전송률 및 상기 제2 전송률을 연산함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전송률 연산부는,
    상기 제1 전송률과 상기 제2 전송률을 더하기하여 최대 합 전송률을 연산하고, 상기 최대 합 전송률을 기반으로 상기 가중 합 전송률을 연산함을 특징으로 하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치.
  8. 제1 단말 노드, 제2 단말 노드, 제1 단말 노드와 제2 단말 노드의 신호를 중계하는 릴레이 노드를 포함하는 다중 안테나 릴레이 시스템에서 전처리 장치가 선형 전처리하는 방법에 있어서,
    제1 단말 노드에서 제2 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제1 전송률 및 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 전송하는 신호에 대한 제2 전송률을 이용하여 가중 합 전송률을 연산하는 단계;
    상기 연산한 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 단계; 및
    상기 연산한 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 연산한 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 이용하여 상기 제1 단말 노드 및 제2 단말 노드 각각의 송신 전력을 결정하는 단계를 포함하는 전처리 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 송신 전력을 결정하는 단계는,
    상기 릴레이 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 상기 릴레이 노드의 송신 전력을 결정하고, 상기 전송 필터에 대한 가중 합 전송률의 기울기에서 제1 가중치 및 제2 가중치를 조절하여 상기 제1 단말 노드 및 제2 단말 노드 각각의 송신 전력을 결정하는 단계임을 특징으로 하는 전처리 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 송신 전력을 결정하는 단계 이후에,
    상기 제1 가중치 및 상기 제2 가중치를 이용하여 레이트 영역을 설정하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전처리 방법.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 연산한 가중 합 전송률을 이용하여 릴레이 필터 및 전송 필터 각각에 대한 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 단계는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제2 단말로 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 전력 정규 릴레이 필터 매트릭스, 상기 제1 단말 노드에서 상기 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 유효 채널 매트릭스 및 유효 잡음 공분산 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 유효 채널 매트릭스 및 유효 잡음 공분산 매트릭스 중 적어도 하나를 이용하여 상기 릴레이 필터 및 전송 필터 각각에 대한 상기 가중 합 전송률의 기울기를 연산하는 단계임을 특징으로 하는 전처리 방법.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계는,
    상기 제1 단말 노드에서 제2 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 평균 자승 에러 매트릭스, 제1 가중치 및 제2 가중치를 이용하여 상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계임을 특징으로 하는 전처리 방법.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계는,
    상기 제1 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 제2 단말 노드에서 상기 릴레이 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제1 단말 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스, 상기 릴레이 노드에서 상기 제2 단말로 노드로 신호 전송을 위한 채널 매트릭스 및 릴레이 매트릭스와 함께 단말 노드에 따라 선택된 제1 단말 노드의 신호 벡터 또는 제2 단말 노드의 신호 벡터를 이용하여 상기 제1 전송률 및 상기 제2 전송률을 연산하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전처리 방법.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계는,
    상기 제1 전송률과 상기 제2 전송률을 더하기하여 최대 합 전송률을 연산하는 단계; 및
    상기 최대 합 전송률을 기반으로 상기 가중 합 전송률을 연산하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 전처리 방법.
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