KR20140051686A - 양방향 중계 채널에서 Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｄｉｎｇ을 위한 제한된 피드백 방법 및 장치 - Google Patents

양방향 중계 채널에서 Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｄｉｎｇ을 위한 제한된 피드백 방법 및 장치 Download PDF

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KR20140051686A
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Abstract

본 발명은 양방향 중계 채널에서 Physical Network Coding을 위한 제한된 피드백 방법 및 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, PNC(Physical Network Coding)를 이용한 양방향 중계 시스템에서 중계기가 양방향 통신을 위해 두 단말로 채널에 따른 파라미터를 피드백하는 방법으로서, (a) 모듈레이션 레벨에 따라 성상점 간의 최소 거리(minimum distance)의 비(Ratio)가 주기를 갖는지 여부를 고려하여 상기 두 단말의 양방향 채널의 위상 차이 정보를 양자화하는 단계; 및 (b) 상기 위상 차이 정보 및 상기 두 단말의 전송파워 할당 정보 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 정보를 제한된 비트수로 상기 두 단말로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 모듈레이션 레벨에 따라 상기 위상 차이 정보를 위한 비트수 또는 상기 전송파워 할당 정보를 위한 비트수가 결정되는 피드백 방법이 제공된다.

Description

양방향 중계 채널에서 Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｃｏｄｉｎｇ을 위한 제한된 피드백 방법 및 장치{Limited Feedback Method and Apparatus for Two-Way Wireless Relaying Channels with Physical Networking Coding}
본 발명은 양방향 중계 채널에서 Physical Network Coding을 위한 제한된 피드백 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무선 통신 중계기가 양방향 통신을 하는 두 개의 단말을 위해 위상 정보 및 전송파워 할당 정보를 피드백하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
무선 네트워크 코딩(Wireless Network Coding)이 협력 중계기 시스템에서 중요한 연구 주제이다.
최근 PNC(Physical Network Coding)를 이용한 양방향(Two-Way) 중계기 시스템이 제안되었다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기한 프로토콜은 릴레이 노드(중계기, 100)가 두 개의 엔드 노드(제1 단말(102) 및 제2 단말(104))로부터 동시에 데이터를 수신하는 MA 단계(Multiple Access stage)와 중계기(100)가 제1 단말(102)로부터 수신한 데이터를 제2 단말(104)로, 그리고 제2 단말(104)로부터 수신한 데이터를 제1 단말(102)로 동시에 브로드캐스트하는 BC 단계(Broadcast Stage)로 구분된다.
PNC를 위한 다양한 방식이 아래와 같이 제안되고 있다.
S. Katti, H. Rahul, W. Hu, D. Katabi, and M. Medard, “XORs in the air: practical wireless network coding,” in Proc. Conf. Applications, Technol., Architect., and Protocols Comput. Commun., September 2006.에서는 PNC를 위한 간단한 기법인 Exclusive-OR(XOR) 기법을 소개하였다. 그러나 이 기법은 다른 사용자간 간섭의 영향으로 시스템의 성능 열화가 발생하는 문제점이 있다.
S. Zhang, S. C. Liew, and P. P. Lam, “Physical-Layer Network Coding,”in Proc. ACM MOBICOM, September 2006. 이 논문에서는 시스템 성능을 높이기 위해 XOR 기법 대신, 모듈로(modulo) 기법을 고려하였다. 완벽한 채널 동기화를 가정한다면, PNC를 위한 모듈로 기법은 단방향 중계 시스템과 비교하여 두 배의 수율을 동일한 bit error rate (BER)로 얻게 된다.
Y.-T. Kim, M. Park, K.-J. Lee, and I. Lee, “Linear Precoding Design based on the Minimum Distance for Two-Way MIMO Physical Network Coding Systems,” in Proc. IEEE Globecom, December 2011. 이 논문에서는 모듈로 기법과 두 단말의 채널을 프리코딩을 이용하여 같게 만들어 줌으로써, 양방향 중계 시스템을 위한 최소 거리(minimum distance) 관점에서 최적의 성능을 얻는 것을 보였다.
T. Koike-Akino, P. Popovski, and V. Tarokh, “Optimized constellations for two-way wireless relaying with physical network coding,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 27, pp. 773-787, June 2009. 이 논문에서는 단말의 매 채널 상태에 따라 네트워크 코딩 방법과 릴레이 mapper를 결정하여 minimum distance를 최대화한다. 여기서 중계기에서 선택된 네트워크 코딩 기법과 mapper를 제한된 피드백 bits를 통해 양 단말에 보내주는 기법을 소개하였다. 그러나 이러한 기법은 XOR 시스템에 비해 좋은 성능을 보이지만, 각 단말은 수많은 네트워크 코딩 기법과 mapper뿐만 아니라 채널 상태에 따른 복잡한 선택 조건을 알아야 하는 단점이 있다.
상기와 같은 종래기술을 고려할 때, 양방향 중계 시스템에서 PNC를 위해 모듈로(modulo) 기법을 사용하는 것이 바람직하나, 기존의 제한된 피드백 기법[T. Koike-Akino)와 비교하여 복잡도를 낮추는 것이 요구된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 낮은 복잡도를 가지면서 높은 성능을 가질 수 있는 양방향 중계 채널에서 Physical Network Coding을 위한 제한된 피드백 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, PNC(Physical Network Coding)를 이용한 양방향 중계 시스템에서 중계기가 양방향 통신을 위해 두 단말로 채널에 따른 파라미터를 피드백하는 방법으로서, (a) 모듈레이션 레벨에 따라 성상점 간의 최소 거리(minimum distance)의 비(Ratio)가 주기를 갖는지 여부를 고려하여 상기 두 단말의 양방향 채널의 위상 차이 정보를 양자화하는 단계; 및 (b) 상기 위상 차이 정보 및 상기 두 단말의 전송파워 할당 정보 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 정보를 제한된 비트수로 상기 두 단말로 전송하는 단계를 포함하되, 상기 모듈레이션 레벨에 따라 상기 위상 차이 정보를 위한 비트수 또는 상기 전송파워 할당 정보를 위한 비트수가 결정되는 피드백 방법이 제공된다.
상기 모듈레이션 레벨이 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)인 경우, 상기 (a) 단계는 상기 최소 거리의 비에 대한 주기가 인 것을 고려하여 상기 위상 차이 정보를 위한 비트수를 한 bit 줄여 의 범위 내에서 코드북 후보를 생성하고, 상기 코드북 후보 중 소정 조건을 만족하는 코드북 후보를 위상 차이 정보로 결정할 수 있다.
상기 모듈레이션 레벨이 QPSK인 경우, 상기 피드백 정보는 상기 전송파워 할당 정보를 포함하지 않을 수 있다.
상기 모듈레이션 레벨이 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)인 경우, 상기 피드백 정보 중 1 비트는 상기 두 단말의 채널 게인 크기 식별을 위한 정보를 포함할 수 있다.
상기 피드백 정보 중 나머지 비트는 채널 게인이 큰 제1 단말의 전송파워 조정을 위한 전송파워 조정 정보를 포함할 수 있다.
상기 채널 게인이 큰 단말의 전송파워는 다음의 수학식에 따라 결정될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, PM은 채널 게인이 큰 단말의 전송파워 제약조건, PMC는 채널 게인이 큰 단말의 전송파워 제약조건, PmC는 채널 게인이 작은 단말의 전송파워 제약조건,
Figure pat00002
는 전송파워 조정 정보임
상기 피드백 정보의 나머지 비트는 상기 전송파워 조정 정보가 1과 4 사이에 존재하는 경우, 상기 전송파워 조정 정보가 1에 근접하도록 코드북에서 선택될 수 있다.
상기 전송파워 조정 정보의 양자화 모델은 다음의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure pat00003
여기서,
Figure pat00004
이고,
Figure pat00005
는
Figure pat00006
를 위한 피드백 bit 수임
Figure pat00007
이거나
Figure pat00008
의 범위에 있으면 첫 번째 양자화 레벨인
Figure pat00009
로 결정될 수 있다.
Figure pat00010
와
Figure pat00011
는 아래의 세 조건을 만족하는 값으로 결정될 수 있다.
Figure pat00012
여기서
Figure pat00013
임
본 발명의 다른 측면에 따르면, PNC(Physical Network Coding)를 이용한 양방향 중계 시스템에서 두 단말로 최적의 프리코더를 피드백하는 양방향 통신 중계기로서, 성상점 간의 최소 거리(minimum distance)의 비에 대한 주기를 고려하여 상기 두 단말의 양방향 채널의 위상 차이 정보를 양자화하는 위상 차이 결정부; 모듈레이션 레벨에 따라 상기 두 단말의 전송파워 할당 정보를 양자화하는 전송파워 결정부; 및 상기 위상 차이 정보 및 상기 두 단말의 전송파워 할당 정보 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 정보를 제한된 비트수로 상기 두 단말로 전송하는 전송부를 포함하되, 모듈레이션 레벨에 따라 상기 위상 차이 정보를 위한 비트수 또는 상기 전송파워 할당 정보를 위한 비트수가 결정되는 양방향 통신 중계기가 제공된다.
본 발명에 따르면, 모듈레이션 레벨에 따라 적은 수의 비트수를 이용하여 최적의 최소 거리(minimum distance)를 얻기 위한 정보를 피드백할 수 있어 낮은 복잡도로 높은 성능을 보장할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 PNC를 위한 양방향 중계 시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 중계기의 블록도.
도 3은 Nakagami-Rice fading channel에서 QPSK를 이용한 PNC 시스템의 수율을 도시한 도면.
도 4는 Nakagami-Rice fading channel에서 16QAM을 이용한 PNC 시스템의 수율을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 하나의 안테나를 가진 두 단말(102,104)이 하나의 안테나를 가진 중계기(100)를 통해 통신하는 싱글 안테나 릴레이 시스템을 가정한다.
사용자 단말 EN(end node) A(제1 단말, 102)와 B(제2 단말, 104)는 M-QAM 심볼
Figure pat00014
와
Figure pat00015
를 mapper M(.) 을 이용하여
Figure pat00016
와
Figure pat00017
로 전송한다. 여기서
Figure pat00018
라 가정한다.
그러면 MA 단계에서 중계기(100)가 받은 신호는 다음과 같다.
Figure pat00019
여기서
Figure pat00020
(i=A,B)는 단말 i의 전송파워,
Figure pat00021
는 두 채널의 위상 차이를 타내며,
Figure pat00022
는 단말 i와 중계기 간의 채널,
Figure pat00023
은 중계기에서의 간섭신호를 나타낸다.
수학식 1에서
Figure pat00024
와
Figure pat00025
가 두 단말(102,104)의 채널에 따른 피드백 정보의 파라미터가 된다.
중계기(100)는 수신 신호를 바탕으로 ML(Maximum-likelihood) 기법을 통해
Figure pat00026
와
Figure pat00027
를 검출하며, 이는 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00028
검출된 신호를 바탕으로 PNC C(.) 를 수행하여 네트워크 코딩 심볼
Figure pat00029
를 생성한다.
BC 단계에서, 중계기(100)는 MA 단계에서 얻은 네트워크 코딩 심볼을 중계기 mapper M R (.) 을 이용하여
Figure pat00030
로 전송한다. 그러면 각 단말(102,104)이 받은 신호는 다음과 같다.
Figure pat00031
여기서, PR을 중계기의 전송파워이다.
채널 reciprocity를 가정하여 MA 단계에서와 BC 단계에서의 채널은 같은 것으로 가정될 수 있다.
각 단말(102,104)은 네트워크 코딩 심볼
Figure pat00032
을 얻어낸 후 자신이 보냈던
Figure pat00033
와 mapper C(.) 를 이용하여 상대 단말이 전송한 신호를 검출한다.
BC 단계에서, 중계기(100)는 최대 전송파워를 사용하는 것이 최적이므로
Figure pat00034
를 사용한다. 여기서,
Figure pat00035
는 중계기의 전송파워 제약조건을 의미한다.
그러나 MA 단계에서, 각 단말(102,104)의 전송파워
Figure pat00036
,
Figure pat00037
, 그리고 위상 차이
Figure pat00038
가 매 채널에 맞게 조정되어야 한다.
이는 MA 단계에서 성능을 결정하는
Figure pat00039
와
Figure pat00040
의 성상점(Constellation Point) 간의 최소 거리(minimum distance)에 영향을 미치기 때문이다.
여기서, 최소 거리는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00041
여기서,
Figure pat00042
이다.
MA 단계에서 최소 거리는 링크 A와 B 각각의 최소 거리를 초과할 수 없기 때문에 다음과 같이 최적값을 정의할 수 있다.
Figure pat00043
여기서,
Figure pat00044
이다.
[Y.-T. Kim]에서 mapper
Figure pat00045
를 위하여 모듈로 기법을 사용하고 각 단말의 파워와 위상을 조정함으로써 수학식 4의 최소 거리 최적값의 upper bound를 달성함을 증명하였다. 심볼
Figure pat00046
의 inphase와 quadrature를 각각
Figure pat00047
와
Figure pat00048
로 나타내면, 네트워크 코딩 심볼
Figure pat00049
은 모듈로 기법을 통해 다음과 같이 얻어진다.
Figure pat00050
Figure pat00051
여기서,
Figure pat00052
는 inphase와 quadrature를 위한 mapper를 나타내고,
Figure pat00053
는
Figure pat00054
의 모듈로 연산을 나타낸다. 모듈로 연산은 inphase와 quadraturefmf 분리해서 생성하게 된다.
여기서 최소 거리의 최적값을 위한 전송파워
Figure pat00055
와
Figure pat00056
, 그리고 위상 차이
Figure pat00057
는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00058
여기서,
Figure pat00059
와
Figure pat00060
는 각 단말의 채널 위상을 나타낸다. 수학식 6에 의해 최소 거리 최적값은
Figure pat00061
로 달성되고, 두 단말 링크의 채널은 동일하게 된다.
여기서, 최적의 최소 거리를 얻기 위해서는 전송파워
Figure pat00062
와
Figure pat00063
, 그리고 위상 차이
Figure pat00064
의 정확한 값을 피드백 해주어야 하는데, 실제 환경과 같이 제한된 bit 수로 상기한 정보를 단말에 제공하는 경우 성능 열화가 발생한다.
이를 해결하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 수학식 5와 같이 모듈레이션 연산을 가정하였을 때의 최적값인 수학식 6에 기초하여 모듈레이션 레벨이 QPSK, 16QAM에 따른 전송파워
Figure pat00065
와
Figure pat00066
, 위상 차이
Figure pat00067
의 효율적인 피드백 기법을 제안한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 중계기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 중계기(100)는 위상 차이 결정부(200), 전송파워 결정부(202) 및 전송부(204)를 포함할 수 있다.
위상 차이 결정부(200)는 모듈레이션 레벨에 따라 성상점 간의 최소 거리의 비(Ratio)가 주기를 갖는지 여부를 고려하여 양방향 통신을 하는 두 단말(102,104)의 채널의 위상 차이 정보를 양자화한다.
보다 상세하게, 모듈레이션 레벨이 QPSK인 경우, 최소 거리의 비가
Figure pat00068
의 주기를 가지기 때문에 위상 차이 결정부(200)는 하나의 비트를 줄여
Figure pat00069
범위에서 코드북 후보를 디자인하고, 디자인된 코드북 후보 중 하나를 위상 차이 정보로 결정한다.
한편, 모듈레이션 레벨이 16QAM인 경우, 최소 거리의 비가 주기를 갖지 않으므로, 코드북 후보는
Figure pat00070
에서 균일하게 양자화되고, 여기에서 위상 차이 정보가 결정된다.
전송파워 결정부(202)는 양방향 통신을 하는 두 단말의 전송파워 할당 정보를 결정한다.
위상 차이와 마찬가지로, 전송파워 결정부(202)는 모듈레이션 레벨에 따라 다른 방식으로 전송파워 할당 정보를 결정할 수 있다.
예를 들어, 모듈레이션 레벨이 QPSK인 경우 두 단말이 최대의 전송파워로 전송하는 것이 바람직하므로 별도로 전송파워가 할당되지 않는다.
그러나 16QAM인 경우, 전송파워 결정부(202)는 두 단말의 채널 게인을 고려하여 전송파워 할당 정보를 결정한다.
보다 상세하게, 모듈레이션 레벨이 16QAM인 경우, 전송파워 결정부(202)는 전송파워 할당 정보를 위한 비트수 중 1 비트에 두 단말의 채널 게인 크기 식별을 위한 정보를 포함시킨다. 그리고 나머지 비트는 채널 게인이 큰 단말의 전송파워 조정을 위한 전송파워 조정 정보를 포함시킨다.
상기와 같이 결정된 위상 차이 정보 및 전송파워 할당 정보는 제한된 비트수로 두 단말로 전송된다.
본 발명에 따르면 모듈레이션 레벨에 따라 적은 비트수로 최소 거리의 최적화를 위한 정보를 피드백할 수 있다.
즉, 모듈레이션 레벨이 QPSK인 경우에는 위상 차이를 위한 비트를 한 비트 줄일 수 있으며, 16QAM인 경우에는 하나의 비트를 채널 게인 크기 식별을 위한 정보로 할당하고, 나머지를 전송파워 조정을 위해 사용하기 때문에 주어진 비트수로 기존보다 성능을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 위상 차이 및 전송파워 할당 과정을 상세하게 설명한다.
(1) QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)
먼저 위상 차이
Figure pat00071
의 피드백 정보를 위해
Figure pat00072
에서 균등하게(uniformly) 양자화해야 한다.
그러나,
Figure pat00073
에 따른 최소 거리의 비인
Figure pat00074
을 살펴보면
Figure pat00075
의 주기를 갖는 것을 알 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면 하나의 비트를 줄여
Figure pat00076
의 범위에서 아래와 같이 코드북을 디자인한다.
Figure pat00077
여기서,
Figure pat00078
는
Figure pat00079
를 위한 피드백 bit 수이다. 이렇게 하면
Figure pat00080
를 위한 피드백 정보를 상기한 코드북 후보 중에 아래를 만족하는 식으로 결정한다.
Figure pat00081
다음으로 전송파워
Figure pat00082
와
Figure pat00083
에 관한 피드백 정보를 따로 할당하지 않는다. QPSK에서는 이미 증명된 바와 같이 최대의 전송파워로 전송하는 것이
Figure pat00084
최소 거리를 최대화하기 때문이다.
(2) 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)
16QAM에서는 위상 차이
Figure pat00085
의 피드백 정보가 앞서 살펴본 QPSK와는 달리 최소 거리의 비가 주기를 갖지 않는다. 따라서 16QAM을 위한 코드북은 다음과 같이
Figure pat00086
에서 균일하게 양자화된다.
Figure pat00087
상기한 코드북에 기초하여 피드백되는 위상 차이 정보는 다음과 같다.
Figure pat00088
다음으로 전송파워 할당을 위한 양자화 기법을 설명한다.
먼저 위상 차이
Figure pat00089
가 정확하게 전달되었다고 가정하면 최소 거리는 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00090
여기서, 큰 채널 게인을 갖는 단말의 인덱스를
Figure pat00091
, 작은 채널 게인을 갖는 단말의 인덱스를
Figure pat00092
, 전송파워 조정정보
Figure pat00093
로 정의된다.
수학식 7을 만족하기 위해서는 작은 채널 게인을 갖는 단말은 최대 전송파워를 사용한다(
Figure pat00094
. 한편 큰 채널 게인을 가진 단말은 아래와 같이 전송파워를 줄여야 한다.
Figure pat00095
여기서
Figure pat00096
이 전송파워 조정 정보이며, 전송파워 조정 정보가 1이 되면 두 채널이 동일해진다. 따라서 전송파워 정보를 위한 제한된 피드백 비트 수
Figure pat00097
에서 1 bit는 어느 단말이 작은 채널 게인을 가졌는지 알려주는데 사용한다. 상기한 바와 같이 작은 채널 게인을 갖는 단말은 최대 전송파워로 전송한다. 나머지 bit는
Figure pat00098
가 1에 근접하도록 코드북에서 선택한다.
이하에서는
Figure pat00099
의 피드백을 위한 효율적인 코드북 디자인을 설명한다.
Figure pat00100
가 1이거나 4이상인 경우 두 단말(102,104) 모두 최대 파워로 전송하는 것이 최소 거리의 최대값을 달성한다.
Figure pat00101
이 1과 4 사이에 존재하는 경우,
Figure pat00102
의 양자화 모델은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00103
여기서,
Figure pat00104
이고, 1 bit는 노드 M(채널 게인이 큰 단말)과 m(채널 게인이 작은 단말)을 결정하는데 사용한다.
상기한 바와 같이,
Figure pat00105
이거나
Figure pat00106
의 범위에 있으면 첫 번째 양자화 레벨인
Figure pat00107
로 정한다.
다음으로 가장 나쁜 최소 거리를 최대화하기 위하여
Figure pat00108
와
Figure pat00109
를 결정한다.
본 발명에 따르면,
Figure pat00110
와
Figure pat00111
를 아래의 세 조건을 만족하는 값으로 결정한다.
Figure pat00112
여기서,
Figure pat00113
이고, 위의 세 개의 조건을 만족하는
Figure pat00114
와
Figure pat00115
는 아래의 N개의 방정식을 풀어서 구할 수 있다.
Figure pat00116
여기서,
Figure pat00117
이다.
N개의 방정식과 N개의 변수를 가지고 있으므로, Newton Method로
Figure pat00118
를 구할 수 있고, 이를 이용하여
Figure pat00119
와
Figure pat00120
를 최종적으로 얻게 된다. 이에 따라 수학식 8을 이용하여 각 단말의 전송파워 할당량을 피드백해줄 수 있다.
도 3은 Nakagami-Rice fading channel에서 QPSK를 이용한 PNC 시스템의 수율을 나타낸다. 피드백 정보가 완벽한 경우와 비교하여 피드백 bit가 3인 경우 거의 동일한 성능을 얻는 것을 볼 수 있다. 본 발명에 따른 방식으로 bit 수 2개를 사용하여도, 3bit를 사용한 기존의 adaptive-NC 방법 [T. Koike-Akino] 보다 더 높은 성능을 얻는다는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 Nakagami-Rice fading channel에서 16QAM을 이용한 PNC 시스템의 수율을 나타낸다. 비교를 위하여 기존의 adaptive-NC 방법은 9개의 feedforward bit를 사용하였다. 본 발명에 따른 방법 역시 위상을 위해 5bit, 파워 조절을 위해 4bit를 사용하였다. 본 발명에 따른 방법이 bit 수를 줄여도 훨씬 높은 성능을 얻는 것을 알 수 있다. 또한 adaptive-NC 방법은 300개의 network 코드와 15개의 QAM constellation을 릴레이에서 사용하였는데, 본 발명에 따른 방법은은 단지 16QAM과 모듈로 연산을 사용하여 훨씬 낮은 계산 복잡도를 요구한다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (15)

  1. PNC(Physical Network Coding)를 이용한 양방향 중계 시스템에서 중계기가 양방향 통신을 위해 두 단말로 채널에 따른 파라미터를 피드백하는 방법으로서,
    (a) 모듈레이션 레벨에 따라 성상점 간의 최소 거리(minimum distance)의 비(Ratio)가 주기를 갖는지 여부를 고려하여 상기 두 단말의 양방향 채널의 위상 차이 정보를 양자화하는 단계; 및
    (b) 상기 위상 차이 정보 및 상기 두 단말의 전송파워 할당 정보 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 정보를 제한된 비트수로 상기 두 단말로 전송하는 단계를 포함하되,
    상기 모듈레이션 레벨에 따라 상기 위상 차이 정보를 위한 비트수 또는 상기 전송파워 할당 정보를 위한 비트수가 결정되는 피드백 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈레이션 레벨이 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)인 경우, 상기 (a) 단계는 상기 최소 거리의 비에 대한 주기가 인 것을 고려하여 상기 위상 차이 정보를 위한 비트수를 한 bit 줄여 의 범위 내에서 코드북 후보를 생성하고, 상기 코드북 후보 중 소정 조건을 만족하는 코드북 후보를 위상 차이 정보로 결정하는 피드백 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모듈레이션 레벨이 QPSK인 경우, 상기 피드백 정보는 상기 전송파워 할당 정보를 포함하지 않는 피드백 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 모듈레이션 레벨이 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)인 경우, 상기 피드백 정보 중 1 비트는 상기 두 단말의 채널 게인 크기 식별을 위한 정보를 포함하는 피드백 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피드백 정보 중 나머지 비트는 채널 게인이 큰 단말의 전송파워 조정을 위한 전송파워 조정 정보를 포함하는 피드백 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 채널 게인이 큰 단말의 전송파워는 다음의 수학식에 따라 결정되는 피드백 방법.
    Figure pat00121

    여기서, PM은 채널 게인이 큰 단말의 전송파워, PMC는 채널 게인이 큰 단말의 전송파워 제약조건, PmC는 채널 게인이 작은 단말의 전송파워 제약조건,
    Figure pat00122
    는 전송파워 조정 정보임
  7. 제6항에 있어서,
    상기 나머지 비트는 상기 전송파워 조정 정보가 1과 4 사이에 존재하는 경우, 상기 전송파워 조정 정보가 1에 근접하도록 코드북에서 선택되는 피드백 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전송파워 조정 정보의 양자화 모델은 다음의 수학식으로 표현되는 피드백 방법.
    Figure pat00123

    여기서,
    Figure pat00124
    이고,
    Figure pat00125
    는
    Figure pat00126
    를 위한 피드백 bit 수임
  9. 제8항에 있어서,
    Figure pat00127
    이거나,
    Figure pat00128
    의 범위에 있으면 첫 번째 양자화 레벨인
    Figure pat00129
    로 결정되는 피드백 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    Figure pat00130
    와
    Figure pat00131
    는 아래의 세 조건을 만족하는 값으로 결정되는 피드백 방법.
    Figure pat00132

    여기서
    Figure pat00133
    임
  11. PNC(Physical Network Coding)를 이용한 양방향 중계 시스템에서 두 단말로 최적의 프리코더를 피드백하는 양방향 통신 중계기로서,
    성상점 간의 최소 거리(minimum distance)의 비에 대한 주기를 고려하여 상기 두 단말의 양방향 채널의 위상 차이 정보를 양자화하는 위상 차이 결정부;
    모듈레이션 레벨에 따라 상기 두 단말의 전송파워 할당 정보를 양자화하는 전송파워 결정부; 및
    상기 위상 차이 정보 및 상기 두 단말의 전송파워 할당 정보 중 적어도 하나를 포함하는 피드백 정보를 제한된 비트수로 상기 두 단말로 전송하는 전송부를 포함하되,
    모듈레이션 레벨에 따라 상기 위상 차이 정보를 위한 비트수 또는 상기 전송파워 할당 정보를 위한 비트수가 결정되는 양방향 통신 중계기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 모듈레이션 레벨이 QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)인 경우, 상기 위상 차이 결정부는 상기 최소 거리의 비에 대한 주기가 인 것을 고려하여 상기 위상 차이 정보를 위한 비트수를 한 bit 줄여 의 범위 내에서 코드북 후보를 생성하고, 상기 코드북 후보 중 소정 조건을 만족하는 코드북 후보를 위상 차이 정보로 결정하는 양방향 통신 중계기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 모듈레이션 레벨이 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation)인 경우, 상기 피드백 정보 중 1 비트는 상기 두 단말의 채널 게인 크기 식별을 위한 정보가 포함되는 양방향 통신 중계기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 피드백 정보 중 나머지 비트는 채널 게인이 큰 제1 단말의 전송파워 조정을 위한 전송파워 조정 정보를 포함하는 양방향 통신 중계기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 채널 게인이 큰 단말의 전송파워는 다음의 수학식에 따라 결정되는 양방향 통신 중계기.
    Figure pat00134

    여기서, PM은 채널 게인이 큰 단말의 전송파워 제약조건, PMC는 채널 게인이 큰 단말의 전송파워 제약조건, PmC는 채널 게인이 작은 단말의 전송파워 제약조건,
    Figure pat00135
    는 전송파워 조정 정보임
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