KR20130047306A - Ｏｆｄｍａ 방식에서의 협력 통신 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20130047306A
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Abstract

본 발명은 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 제1 서브채널을 갖는 제1 단말이 제2 서브채널을 갖는 제2 단말 및 기지국과 협력 통신을 수행하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법에 있어서, 상기 제1 단말이 자신의 전송 신호를 상기 제1 서브채널을 통해 상기 기지국 및 상기 제2 단말로 전송하는 동시에, 이전 전송 시간에 상기 제2 단말로부터 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 상기 기지국으로 브로드캐스팅하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법 및 장치를 제공한다.
상기 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법 및 장치에 따르면, OFDMA의 상향링크에서 단일 안테나를 사용하는 단말기들 사이에 추가적인 안테나의 증가 없이도 다이버시티 이득을 위해 협력 통신을 하면서 데이터를 전송함에 따라 전송률을 향상시킬 수 있고 신뢰성 있는 통신이 가능하게 하는 이점이 있다.

Description

ＯＦＤＭＡ 방식에서의 협력 통신 방법 및 장치{Method for cooperative communication in OFDMA and apparatus thereof}
본 발명은 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA;Orthgonal Frequency Division Multiplexing Access) 방식에서 단일 안테나를 사용하는 단말기들 사이에 상호 협력하여 데이터를 전송하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법 및 장치에 관한 것이다.
점차 증가하는 다양한 멀티미디어 전송에 대한 요구를 만족시키기 위해 다중 입출력(Mutiple-input multiple-output;MIMO)을 이용한 통신 용량과 송수신 성능을 향상시키는 방법들이 연구되어 왔다. 이러한 다중 안테나 기술은 추가적인 주파수 할당이나 송신 전력의 증가 없이도 송수신의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 방법이다.
시공간 다이버시티 기법은 시공간 부호를 이용해서 다수의 송신 안테나를 통하여 전송하는 기법으로서, 서로 다른 독립적인 채널을 통해 수신된 신호를 통하여 다이버시티 이득을 얻을 수 있게 된다.
하지만, 현재 대부분의 시스템 구조에서 사용되고 있는 단일 안테나 구조에 안테나를 추가적으로 설치하는 것에 따른 비용 문제와, 주파수에 따른 안테나 간의 거리 문제 등으로 위와 같은 다중 안테나를 이용한 기법은 손쉽게 적용하기 힘든 문제점이 있다. 특히 시공간 부호의 특성상 직교성의 유지가 성능에 상당한 영향을 미치게 되는데, 안테나들 간의 공간 확보가 안 될 경우 시공간 부호의 직교성이 깨지게 되어 원하는 성능을 얻기 힘든 단점이 있다.
이상과 같이, 기존의 다중 송수신 안테나를 이용한 시공간 다이버시티 기법은 여러 가지 문제점이 있어서 현재의 단일 안테나의 시스템 구조에 적용하기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 단일 안테나를 사용하는 통신 구조에서 안테나를 추가적으로 설치하지 않고 다이버시티 성능 및 전송률을 높일 수 있는 시스템이 별도로 요구된다.
본 발명은 OFDMA의 상향링크에서 추가적인 안테나의 증가 없이도 다이버시티 이득을 위해 협력 통신을 하면서 전송률을 향상시킬 수 있는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 제1 서브채널을 갖는 제1 단말이 제2 서브채널을 갖는 제2 단말 및 기지국과 협력 통신을 수행하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법에 있어서, 상기 제1 단말이 자신의 전송 신호를 상기 제1 서브채널을 통해 상기 기지국 및 상기 제2 단말로 전송하는 동시에, 이전 전송 시간에 상기 제2 단말로부터 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 상기 기지국으로 브로드캐스팅하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법을 제공한다.
여기서, 상기 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법은, 제1 전송 시간 동안, 상기 제1 단말이 상기 제1 서브채널을 통해 제1 전송 신호를 전송하는 단계와, 제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말이 상기 제1 서브채널을 통해 제2 전송 신호를 전송하는 동시에, 상기 제1 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 제1a 전송 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅하는 단계와, 제3 전송 시간 동안, 상기 제1 단말이 상기 제1 서브채널을 통해 제3 전송 신호를 전송하는 동시에 상기 제2 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 제2a 전송 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅하는 단계, 및 제4 전송 시간 동안, 상기 제1 단말이 상기 제1 서브채널을 통해 제4 전송 신호를 전송하는 동시에 상기 제3 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 제3a 전송 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅하는 단계를 포함하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법을 제공한다.
또한, 상기 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간 동안 상기 제1 단말과 상기 제2 단말이 각각 상기 기지국으로 전송한 신호는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, 제1 단말(i)이 상기 기지국으로 전송하는 신호 Si와 제2 단말(j)이 상기 기지국으로 전송하는 신호 Sj를 구성하는 각각의 제1 행성분 내지 제4 행성분은 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간에 대응되는 신호이고, 제1 열성분 및 제2 열성분은 각각 상기 제1 서브채널 및 상기 제2 서브채널에 대응되는 신호이며, Xp(k)는 주파수 축에서 생성된 p번째 단말의 전송 신호이고, p={i,j}이다.
그리고, 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간 동안 상기 제1 단말의 신호에 의한 상기 기지국의 수신 신호는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure pat00002
여기서, Ri(m)은 m번째 전송 시간의 수신 신호, H1 i는 상기 제1 단말과 상기 기지국 사이의 채널, H2 i는 상기 제2 단말과 상기 기지국 사이의 채널, Xi DF(·)는 상기 제1 단말에서 상기 제1 서브채널을 통해 전송된 신호를 제2 단말이 수신하여 복조한 후 재변조하여 상기 제1 서브채널을 통해 브로드캐스팅한 신호이고, W(m)은 m번째 전송 시간에 발생한 노이즈이다.
또한, 상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 전송률을 3/4일 수 있다.
그리고, 본 발명은 제1 서브채널을 갖는 제1 단말이 제2 서브채널을 갖는 제2 단말 및 기지국과 협력 통신을 수행하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 장치에 있어서, 상기 제1 단말이 자신의 전송 신호를 상기 제1 서브채널을 통해 상기 기지국 및 상기 제2 단말로 전송하는 동시에, 이전 전송 시간에 상기 제2 단말로부터 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 상기 기지국으로 볜威드캐스팅하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법 및 장치에 따르면, OFDMA의 상향링크에서 단일 안테나를 사용하는 단말기들 사이에 추가적인 안테나의 증가 없이도 다이버시티 이득을 위해 협력 통신을 하면서 데이터를 전송함에 따라 전송률을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 기존의 협력 통신 기법에서 STBC를 사용할 경우 전송률이 1/2로 저하된 것과는 달리, 수정된 STBC 구조를 통해 전송률을 3/4로 향상시키고, 기존의 협력 통신 방식과 유사한 수준의 다이버시티 이득을 얻음으로써, OFDMA 상향링크에서 다중 경로로 인한 페이딩 채널에서도 신뢰성 있는 통신이 가능하게 할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 방식에서의 협력 통신 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1의 각 단말이 기지국으로 전송하는 신호의 개념도이다.
도 3은 도 1의 제1 단말의 신호에 의한 기지국의 수신 신호의 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실험에 사용된 시뮬레이션 매개 변수를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 송신기와 중계기 사이의 상대적인 채널의 상태에 따른 BER 성능을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 송신기와 중계기 사이의 상대적인 채널의 상태(3 dB)에 따른 BER 성능을 단순 OFDMA 방식과 DF-STBC 협력 통신 방식의 BER 성능과 비교한 그래프이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 OFDMA 방식에서의 협력 통신 시스템의 구성도이다. 본 발명의 OFDMA 방식에서의 협력 통신 시스템은 제1 단말(110), 제2 단말(120), 그리고 기지국(130)을 포함한다. 여기서, 제1 단말(110)과 제2 단말(120)은 사용자 단말을 의미한다.
각각 단말(110,120)은 단일의 안테나를 통해 신호를 각각 송수신하고, 각각 송수신한 신호를 기지국(130)으로 전송 및 재전송하게 된다. 각각의 단말(110,120)은 주변에서 가장 좋은 채널 상태를 갖는 주변 단말을 중계기로 선택하고 기지국(130)에 통보했다고 가정한다. 예를 들어, 제1 단말(110)은 제2 단말(120)을 중계기로 사용하고, 제2 단말(120)은 제1 단말(110)을 중계기로 사용한다.
이후 각각의 단말(110,120)은 전송신호를 송신하게 된다. 이러한 전송신호는 기지국(130)과, 상대 측 단말(120,110)에 수신된다.
OFDMA 시스템에서의 상향 링크에서
Figure pat00003
개의 직교 부반송파를 사용하고
Figure pat00004
명의 사용자를 허용할 때, 시간 t에서 p번째 단말의 전송 신호는 다음의 수학식 1과 같다.
Figure pat00005
여기서 n은
Figure pat00006
IFFT의 변수이고, Xp(k)는 주파수 축에서 생성된 p번째 사용자 단말의 전송신호이며 다음의 수학식 2로 표현된다.
Figure pat00007
여기서 X(k)는 OFDM 심볼이고 Cp는 주파수 축에서 p번째 사용자 단말의 부반송파 인덱스이다. Xp(k)는 k가 Cp에 포함되어 있을 때에만 값을 갖게 된다. 즉, p번째 사용자 단말은 자신이 할당받은 구역에서만 데이터를 전송할 수 있다.
각 단말(110,120) 및 기지국(130)에서의 수신 신호는 다음의 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. 여기서 w(t)는 평균이 0이고, 분산이 σ2를 갖는 AWGN이다.
Figure pat00008
수학식 3은 고속 퓨리에 변환(FFT)을 통해 시간 영역에서 주파수 영역으로 복조된다. 여기서, OFDMA 신호는 OFDM의 특성을 가지고 있기 때문에 1-tap 등화기를 통해 등화된다.
본 실시예에서는 각각의 단말(110,120)에서 수정된 STBC(Space Time Block Code)를 통해 신호를 전송하는 블록 동안 페이딩 채널이 변하지 않는다고 가정한다. 즉, 각각의 신호가 통과하는 채널은 다음의 수학식 4와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00009
여기서, h1, h2는 각각의 단말(110,120)과 기지국(130) 사이의 채널을 의미하며 Hic는 단말(110,120)과 중계기(상대 측 단말) 사이의 채널을 의미한다.
이하에서는 본 발명에서의 기본적인 전송 구조에 관하여 구체적으로 알아본다. 우선 본 발명은 제1 서브채널(subcarrier)을 갖는 제1 단말(110)이 제2 서브채널을 갖는 제2 단말(120) 및 상기 기지국(130)과 협력 통신을 수행하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 제1 단말(110)은 자신의 전송 신호를 제1 서브채널을 통해 기지국(130) 및 제2 단말(120)로 전송하는 동시에, 이전 전송 시간에 제2 단말(120)로부터 제2 서브채널을 통해 수신된 신호를 제2 서브채널을 통해 기지국(130)으로 브로드캐스팅한다. 즉, 제1 단말(110)의 경우, 자신의 신호는 자신의 대역인 제1 서브채널을 통해 전송하고, 제2 단말(120)로부터 전송받은 신호는 상대 측인 제2 단말(120)의 대역인 제2 서브채널을 통해 전송한다. 여기서, 제2 단말(120)의 전송 원리는 제1 단말(110)의 경우와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이러한 본 발명의 전송 구조에 관하여 아래의 수학식 5를 통해 알아보면 다음과 같다.
Figure pat00010
여기서, Si는 제1 단말(i)이 상기 기지국(130)으로 전송하는 신호이고, Sj는 제2 단말(j)이 상기 기지국(130)으로 전송하는 신호를 나타낸다.
Si와 Sj의 행렬에 대하여, 각각의 제1 행성분 내지 제4 행성분은 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간에 대응되는 신호이다. 또한, 제1 열성분 및 제2 열성분은 각각 제1 서브채널 및 제2 서브채널에 대응되는 신호이다. 즉, 행렬의 상하 방향은 전송 시간 축, 좌우 방향은 서브채널(주파수) 축에 해당된다.
이러한 수학식 5는 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간 동안 제1 단말(110)과 제2 단말(120)이 각각 서브채널을 통해 기지국(130)으로 전송한 신호에 해당된다.
여기서, Xp(k)는 주파수 축에서 생성된 p번째 단말의 전송 신호이고, p={i,j}이다. 달리 말하면, Xp는
Figure pat00011
의 벡터이다.
또한, 기본적으로 제2 내지 제4 전송 시간에서의 전송 신호는 기존의 STBC에서와 같이 전체 전송 전력을 협력 통신을 수행하지 않을 경우와 같이
Figure pat00012
에 의해 1로 정규화되어 있다.
도 2는 도 1의 각 단말이 기지국으로 전송하는 신호의 개념도이다. 이러한 도 2는 상기 수학식 5의 구성에 대응되는 개념이다.
도 2를 참조하면, 가운데 점선을 기준으로 좌측 영역은 제1 단말(110)의 전송 신호, 우측 영역은 제2 단말(120)의 전송 신호를 나타낸다. 여기서, 제1 단말(110)의 전송 신호만 보면, 좌측의 제1 서브채널(user i subchannel)을 통해 전송되는 신호와 우측의 제2 서브채널(user j subchannel)을 통해 전송되는 신호로 구분된다. 물론, 제2 단말(120)의 경우에서도 좌측의 제1 서브채널(user i subchannel)을 통해 전송되는 신호와 우측의 제2 서브채널(user j subchannel)을 통해 전송되는 신호로 구분된다.
이러한 도 2의 제1 단말(110)의 전송 신호 부분과, 수학식 5의 Si 행렬을 참조로 하여, 제1 단말(110)을 기준으로 하여 그 전송 구조를 설명하면 다음과 같다. 여기서, 제2 단말(120)을 기준으로 하는 경우 또한 제1 단말(110)의 경우와 동일한 원리를 가지므로 상세한 설명은 생략한다.
우선, 제1 전송 시간 동안, 상기 제1 단말(110)이 상기 제1 서브채널을 통해 제1 전송 신호 Xi(1)를 전송한다. 이러한 제1 전송 시간에는 또한 제2 단말(120)이 제2 서브채널을 통해 제1a 전송 신호 Xj(1)를 제1 단말(110) 및 기지국(130)에 전송하고 있다.
그리고, 제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말(110)이 상기 제1 서브채널을 통해 제2 전송 신호 Xi(2)를 전송하는 동시에, 상기 제1 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 상기 제1a 전송 신호 Xj(1)를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅한다. 이때, 제1a 전송 신호 Xj(1)에 콘쥬게이션을 취한 값을 사용한다. 이러한, 제2 전송 시간 동안에는 또한 제2 단말(120)이 제2 서브채널을 통해 제2a 전송 신호 Xj(2)를 제1 단말(110) 및 기지국(130)에 전송하고 있다.
이후, 제3 전송 시간 동안, 상기 제1 단말(110)이 상기 제1 서브채널을 통해 제3 전송 신호 Xi(3)를 전송하는 동시에, 상기 제2 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 상기 제2a 전송 신호 Xj(2)를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅한다. 이때, 제2a 전송 신호 Xj(2)에 콘쥬게이션을 취한 값을 사용한다. 이러한, 제3 전송 시간 동안에는 또한 제2 단말(120)이 제2 서브채널을 통해 제3a 전송 신호 Xj(3)를 제1 단말(110) 및 기지국(130)에 전송하고 있다.
다음, 제4 전송 시간 동안, 상기 제1 단말이 상기 제1 서브채널을 통해 제4 전송 신호 Xi(1)를 전송하는 동시에 상기 제3 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 상기 제3a 전송 신호 Xj(3)를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅한다. 이때, 제3a 전송 신호 Xj(3)에 콘쥬게이션을 취한 값을 사용한다. 이러한, 제4 전송 시간 동안에는 또한 제2 단말(120)이 제2 서브채널을 통해 제4a 전송 신호 Xj(1)를 제1 단말(110) 및 기지국(130)에 전송하고 있다.
제4 전송 신호는 실질적으로 Xi(4)로 표현해야 하나, 본 실시예의 경우 3개의 신호가 총 4개의 전송 시간 동안 전송되는 원리를 가지며, 이후에 전송될 신호 또한 이와 동일한 원리가 반복되는 개념을 가지는 것으로서, 이를 쉽게 설명하기 위하여 편의상 Xi(1)로 표기하고 있다. 제4a 전송 신호 Xj(1) 또한 이와 마찬가지 이유를 갖는다.
여기서. 본 실시예의 경우, 4개의 전송 시간 동안 3개의 신호를 전송하므로 제1 단말(110) 및 상기 제2 단말(120)의 전송률을 모두 3/4이 된다.
이상과 같이 제1 단말(110)과 제2 단말(120)은 총 4단계를 통해 수정된 STBC를 이용하여 기지국(130)에 신호를 전송한다. 기지국(130)에서는 제1 단말(110)과 제2 단말(120)이 보낸 신호가 중첩되어 매 시간마다 들어오게 된다.
여기서, 제1 단말(110)과 제2 단말(120)에 의한 신호의 복조 과정은 동일하므로 상기 기지국(130)에서의 복조 과정은 제1 단말(110)에 관한 경우만 알아본다.
각각의 채널을 통과하고 중첩되어 수신된 기지국(130)의 수신 신호는 다음의 수학식 6으로 표현된다. 이러한 수학식 6은 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간 동안 상기 제1 단말(110)의 신호에 의한 상기 기지국(130)의 수신 신호를 나타낸다.
Figure pat00013
여기서, Ri(m)은 m번째 전송 시간의 수신 신호, H1 i는 상기 제1 단말(110)과 상기 기지국(130) 사이의 채널, H2 i는 상기 제2 단말(120)과 상기 기지국(130) 사이의 채널, Xi DF(·)는 상기 제1 단말(110)에서 상기 제1 서브채널을 통해 전송된 신호를 제2 단말(120)이 수신하여 복조한 후 재변조하여 상기 제1 서브채널을 통해 브로드캐스팅한 신호 (Xi(·))이다. 그리고, W(m)은 m번째 전송 시간에 발생한 노이즈이다. 이러한 수학식 6에서 W(m)이 부가된 것은, 송신 안테나에서 수신 측으로 신호를 전송할 때에 채널을 거치게 되는데 채널을 통과하는 과정에서 잡음이 합쳐지게 되는 것을 의미한다.
도 3은 도 1의 제1 단말의 신호에 의한 기지국의 수신 신호의 개념도이다. 이러한 도 3에서 좌측은 제1 단말(110)에 의한 수신 신호로서, 수학식 6의 구성과 대응되는 개념이다. 그리고, 도 3의 우측은 제2 단말(120)에 의한 수신 신호를 나타내며 별도의 수학식의 구성은 생략하였다.
이상과 같은 수학식 6에서 제1 단말(110)에 의한 수신 신호들은 다음의 수학식 7의 결합 규칙들을 이용하여 복조될 수 있다.
Figure pat00014
여기서,
Figure pat00015
은 복조된 신호를 의미하고,
Figure pat00016
과
Figure pat00017
는 앞서 H1 i와 H2 i에 대한 추정된 채널들이다. 여기서,
Figure pat00018
은 복조가 완벽하게 이루어지고 채널 추정 역시 완벽하다고 가정한다. 이와 같이 복조된 신호와 추정된 채널을 통해 나머지 신호들을 복조하게 된다.
이상과 같은 본 발명의 방법을 수학적으로 증명하면 다음과 같다.
가장 먼저, 수학식 6의 Ri(2)를 수학식 8에 대입하면 다음과 같이 α1을 구할 수 있다.
Figure pat00019
그리고, 위에서 구한 α1과 수학식 6의 Ri(3)를 수학식 9에 대입하면 다음과 같이 β2를 구할 수 있다.
Figure pat00020
β2를 이용하여 β1을 구하면 수학식 10과 같다. 이는 수학식 6의 Ri(4)를 대입하여 구한다.
Figure pat00021
그리고, β1을 이용하여 α2를 구하면 수학식 11과 같다.
Figure pat00022
그리고, 나머지 복조된 신호들
Figure pat00023
와
Figure pat00024
는 다음의 수학식 12와 같이 얻을 수 있다.
Figure pat00025
여기서
Figure pat00026
와
Figure pat00027
은 각각 잡음 요소이며 다음의 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00028
지금까지 수식적으로 살펴보았을 때, 본 발명에 따르면 채널의 다이버시티를 얻는 동시에 수정된 STBC를 사용함으로써 전송률이 3/4가 됨을 보여준다. 이는 기존의 STBC 방식의 전송률이 1/2이었던데 비하여 전송률이 향상된 것을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 성능 실험 결과를 알아본다. 도 4는 본 발명의 실험에 사용된 시뮬레이션 매개 변수를 나타낸다. 이때 고속 퓨레이 변환(FFT)의 사이즈는 256을 사용하고, 협력 단말은 상기 제1 단말(110)과 제2 단말(120)을 포함하는 2개를 사용하였다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 송신기와 중계기 사이의 상대적인 채널의 상태에 따른 BER 성능을 나타낸 그래프이다. 여기서, 제1 단말(110)이 송신기일 경우 제2 단말(120)은 중계기에 해당된다.
여기서, 기지국(130)에서 유저 단말들(110,120) 사이의 채널 상태가 심볼의 복조에 영향을 줄 수 있기 때문에, 유저 단말들 간 채널의 SNR이 -3, 0, 3, 10dB 조건에서의 BER 성능을 기존 OFDMA 방식의 성능과 비교하였다.
유저 간 채널의 SNR이 -3dB와 0dB인 경우, 본 발명이 기존의 OFDMA 방식보다 성능이 낮게 나오지만, 유저 간 채널의 SNR이 3dB 및 10dB인 경우에는 각각의 BER 10-3에서 약 5dB 및 10dB 정도의 성능 향상을 관찰할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 송신기와 중계기 사이의 상대적인 채널의 상태(3 dB)에 따른 BER 성능을 단순 OFDMA 방식과 DF-STBC 협력 통신 방식의 BER 성능과 비교한 그래프이다.
도 6은 유저 간 채널의 SNR을 3dB로 설정하고 본 발명과 기존의 OFDMA 방식 그리고 DF-STBC 방식을 비교한 것이다. BER 10-3에서 본 발명과 기존의 DF-STBC를 비교해보면 DF-STBC의 성능이 약 5dB 정도 좋은 것을 알 수 있다. 이러한 이유는 잡음이 복조 시 중첩되게 되고 이러한 이유로 기지국(130)에서 에러 전파가 발생하기 때문이다. 하지만 기존의 DF-STBC 방식보다 본 발명이 50% 정도의 전송률 상승 효과를 얻음으로써 전송률 측면에서 본다면 본 발명의 성능이 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 기존의 협력 통신 기법에서 STBC를 사용할 경우 전송률이 1/2로 저하된 것과는 달리, 수정된 STBC 구조를 통해 전송률을 3/4로 향상시키고, 기존의 협력 통신 방식과 유사한 수준의 다이버시티 이득을 얻음으로써, OFDMA 상향링크에서 다중 경로로 인한 페이딩 채널에서도 신뢰성 있는 통신이 가능하게 할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 제1 단말 120: 제2 단말
130: 기지국

Claims (10)

  1. 제1 서브채널을 갖는 제1 단말이 제2 서브채널을 갖는 제2 단말 및 기지국과 협력 통신을 수행하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법에 있어서,
    상기 제1 단말이 자신의 전송 신호를 상기 제1 서브채널을 통해 상기 기지국 및 상기 제2 단말로 전송하는 동시에, 이전 전송 시간에 상기 제2 단말로부터 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 상기 기지국으로 브로드캐스팅하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 전송 시간 동안, 상기 제1 단말이 상기 제1 서브채널을 통해 제1 전송 신호를 전송하는 단계;
    제2 전송 시간 동안, 상기 제1 단말이 상기 제1 서브채널을 통해 제2 전송 신호를 전송하는 동시에, 상기 제1 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 제1a 전송 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅하는 단계;
    제3 전송 시간 동안, 상기 제1 단말이 상기 제1 서브채널을 통해 제3 전송 신호를 전송하는 동시에 상기 제2 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 제2a 전송 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅하는 단계; 및
    제4 전송 시간 동안, 상기 제1 단말이 상기 제1 서브채널을 통해 제4 전송 신호를 전송하는 동시에 상기 제3 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 제3a 전송 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅하는 단계를 포함하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간 동안 상기 제1 단말과 상기 제2 단말이 각각 상기 기지국으로 전송한 신호는 아래의 수학식으로 정의되는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법:
    Figure pat00029

    여기서, 제1 단말(i)이 상기 기지국으로 전송하는 신호 Si와 제2 단말(j)이 상기 기지국으로 전송하는 신호 Sj를 구성하는 각각의 제1 행성분 내지 제4 행성분은 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간에 대응되는 신호이고, 제1 열성분 및 제2 열성분은 각각 상기 제1 서브채널 및 상기 제2 서브채널에 대응되는 신호이며, Xp(k)는 주파수 축에서 생성된 p번째 단말의 전송 신호이고, p={i,j}이다.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간 동안 상기 제1 단말의 신호에 의한 상기 기지국의 수신 신호는 아래의 수학식으로 정의되는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법:
    Figure pat00030

    여기서, Ri(m)은 m번째 전송 시간의 수신 신호, H1 i는 상기 제1 단말과 상기 기지국 사이의 채널, H2 i는 상기 제2 단말과 상기 기지국 사이의 채널, Xi DF(·)는 상기 제1 단말에서 상기 제1 서브채널을 통해 전송된 신호를 제2 단말이 수신하여 복조한 후 재변조하여 상기 제1 서브채널을 통해 브로드캐스팅한 신호이고, W(m)은 m번째 전송 시간에 발생한 노이즈이다.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 전송률을 3/4인 OFDMA 방식에서의 협력 통신 방법.
  6. 제1 서브채널을 갖는 제1 단말이 제2 서브채널을 갖는 제2 단말 및 기지국과 협력 통신을 수행하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 장치에 있어서,
    상기 제1 단말이 자신의 전송 신호를 상기 제1 서브채널을 통해 상기 기지국 및 상기 제2 단말로 전송하는 동시에, 이전 전송 시간에 상기 제2 단말로부터 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 상기 기지국으로 브로드캐스팅하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 단말은,
    제1 전송 시간 동안, 상기 제1 서브채널을 통해 제1 전송 신호를 전송하고,
    제2 전송 시간 동안, 상기 제1 서브채널을 통해 제2 전송 신호를 전송하는 동시에, 상기 제1 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 제1a 전송 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅하고,
    제3 전송 시간 동안, 상기 제1 서브채널을 통해 제3 전송 신호를 전송하는 동시에 상기 제2 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 제2a 전송 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅하고,
    제4 전송 시간 동안, 상기 제1 서브채널을 통해 제4 전송 신호를 전송하는 동시에 상기 제3 전송 시간에 상기 제2 서브채널을 통해 수신된 제3a 전송 신호를 상기 제2 서브채널을 통해 브로드캐스팅하는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간 동안 상기 제1 단말과 상기 제2 단말이 각각 상기 기지국으로 전송한 신호는 아래의 수학식으로 정의되는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 장치:
    Figure pat00031

    여기서, 제1 단말(i)이 상기 기지국으로 전송하는 신호 Si와 제2 단말(j)이 상기 기지국으로 전송하는 신호 Sj를 구성하는 각각의 제1 행성분 내지 제4 행성분은 제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간에 대응되는 신호이고, 제1 열성분 및 제2 열성분은 각각 상기 제1 서브채널 및 상기 제2 서브채널에 대응되는 신호이며, Xp(k)는 주파수 축에서 생성된 p번째 단말의 전송 신호이고, p={i,j}이다.
  9. 청구항 8에 있어서,
    제1 전송 시간 내지 제4 전송 시간 동안 상기 제1 단말의 신호에 의한 상기 기지국의 수신 신호는 아래의 수학식으로 정의되는 OFDMA 방식에서의 협력 통신 장치:
    Figure pat00032

    여기서, Ri(m)은 m번째 전송 시간의 수신 신호, H1 i는 상기 제1 단말과 상기 기지국 사이의 채널, H2 i는 상기 제2 단말과 상기 기지국 사이의 채널, Xi DF(·)는 상기 제1 단말에서 상기 제1 서브채널을 통해 전송된 신호를 제2 단말이 수신하여 복조한 후 재변조하여 상기 제1 서브채널을 통해 브로드캐스팅한 신호이고, W(m)은 m번째 전송 시간에 발생한 노이즈이다.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 단말 및 상기 제2 단말의 전송률을 3/4인 OFDMA 방식에서의 협력 통신 장치.
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