KR20140115260A - 복수의 중계기가 배치된 네트워크에서의 중계기 선택 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20140115260A
KR20140115260A KR1020140031224A KR20140031224A KR20140115260A KR 20140115260 A KR20140115260 A KR 20140115260A KR 1020140031224 A KR1020140031224 A KR 1020140031224A KR 20140031224 A KR20140031224 A KR 20140031224A KR 20140115260 A KR20140115260 A KR 20140115260A
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이재홍
남응국
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 다른 중계기 선택 장치는 송신기로부터 신호를 전송 받은 각각의 중계기에 대하여 신호의 복호화 성공 여부를 센싱하는 센싱부, 수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 중계기를 선택하는 판단부 및 선택된 중계기가 수신기로 신호를 전송할 수 있도록 제어하는 중계기 제어부를 포함한다.

Description

복수의 중계기가 배치된 네트워크에서의 중계기 선택 장치 및 방법 {APPARATUS FOR SELECTING RELAY IN NETWORK INCLUDING RELAYS, AND METHOD THEREOF}
본 발명은 중계기 선택 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 복수의 중계기가 배치된 네트워크에서 공정성 높은 중계기 선택 장치 및 방법에 관한 것이다.
근래에는 네트워크 시스템에서 약 100Mbps의 전송 속도를 가지는 다양한 서비스 품질(Quality of Service, 이하 QoS 칭함)을 가지는 서비스들을 사용자들에게 제공하기 위하여 활발한 연구가 진행되고 있다. 또한 최근의 네트워크 시스템은 다양한 방식에 기초하여 단말기간 신호를 송수신하고 있다.
특히 네트워크 시스템에서 중계기를 이용하는 방식은 송신기가 수신기로 통신하는 것을 도와서 신뢰성 있는 통신을 하기 위한 통신 방식이다. 특히 이 경우 네트워크 시스템은 송신기, 중계기, 수신기를 포함하여 구성된다. 중계기를 위한 통신의 간단한 절차는 일반적으로 다음과 같다. 송신기는 중계기와 수신기에게 보내고자 하는 정보를 전송 한다. 이 때, 중계기는 송신기에서 수신기에게 전송하고자 하는 정보를 받아 적절한 신호처리 후, 그 정보를 다시 수신기에게 전송한다. 송신기도 중계기와 같이 중계기에 보냈던 신호를 다시 수신기에 전송한다.
이러한 중계기를 이용한 네트워크 시스템은 송신기와 수신기 사이의 채널과 중계기와 수신기의 사이의 채널이 서로 독립적인 채널을 거치게 함으로써 다이버시티 이득을 얻을 수 있다.
특히 무선통신 시스템에는 중계기를 사용함으로써 기지국의 커버리지(Coverage) 증대, 전송률(Throughput) 개선 등의 효과가 발생한다. 즉, 열악한 채널 환경을 가지는 특정 지역에 중계국을 위치시켜 전송률을 향상시킬 수 있다. 또한, 셀 경계 부근에 중계기를 위치시켜 기지국의 커버리지 밖에 있는 단말과 기지국이 통신할 수 있도록 서비스할 수 있다.
현재 다수의 중계기가 포함된 네트워크 시스템에서 중계기를 이용하는 방법은, 다수의 중계기를 한 번에 이용하는 방법 및 다수의 중계기 중 한 개의 중계기를 선택해 이용하는 방법으로 나눌 수 있다. 특히 다수의 중계기 중 중계기를 선택해 이용하는 방법은 구현이 쉽고 중계기간 시간 동기화도 필요하지 않아 연구가 활발히 진행되고 있다
또한 다수의 중계기 중 중계기를 선택해 이용하는 방법에서 중계기를 선정하는 일은 중요한 일이다. 왜냐하면 중계기와 수신 하고자 하는 단말 사이에 채널 상태가 좋지 않다면 송신기에 에러를 전파하여 성능이 저하되기 때문이다.
종래에는 중계기를 선택함에 있어서, 채널 상태가 가장 좋은 중계기를 선택해 데이터를 전송하는 방식이 사용되고 있다. 그러나 이러한 방식은 채널 상태가 좋아 중계기가 한번 선택되면, 계속해서 이전에 선택된 중계기가 선택될 가능성이 높아 중계기 선택에 있어서 공정성이 좋지 않은 문제점이 있었다.
따라서 근래에는 네트워크 시스템의 중계기 선택에 있어 높은 공정성으로 중계기를 선택할 수 있는 중계기 선택 장치 및 방법의 제공이 요구되고 있는 실정이다.
선행문헌1: 한국 공개특허: 제10-2011-0024230호(발명의 명칭: 협력 통신에서의 계층 변조를 사용한 처리율 향상 방법 및 시스템)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 중계기 선택에 있어서 공정성이 높고, 데이터 신뢰도가 높은 중계기 선택 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 복수의 중계기가 배치된 네트워크에서의 중계기 선택 장치는 송신기로부터 신호를 전송 받은 각각의 중계기에 대하여 신호의 복호화 성공 여부를 센싱하는 센싱부; 복호화에 성공한 중계기 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수의 값에 기초하여 중계기를 선택하는 판단부; 및 선택된 중계기가 수신기로 신호를 전송할 수 있도록 제어하는 중계기 제어부를 포함한다.
상기 판단부는 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값이 가장 큰 중계기를 선택할 수 있다.
상기 판단부는 상기 복호화에 성공한 중계기 각각에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)를
Figure pat00001
라고 할 때,
Figure pat00002
의 누적 분포 함수 값인
Figure pat00003
을 계산하고, 수식 1에 기초하여 중계기를 선택할 수 있다.
(수식 1)
Figure pat00004
{상기
Figure pat00005
는 선택 받은 중계기, 상기 D는 복호화에 성공한 중계기들의 집단, 상기
Figure pat00006
는 특정 중계기}
상기
Figure pat00007
는 중계기에 대한 평균 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)일 수 있다.
Figure pat00008
는 순간 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR) 일 수 있다.
상기 는
Figure pat00010
이고, 상기
Figure pat00011
는 발신단 i에서의 전송 파워, 상기
Figure pat00012
는 수신단에서의 노이즈 파워, 상기
Figure pat00013
는 발신단 i로부터 수신단 j로의 채널계수를 나타낼 수 있다.
상기
Figure pat00014
는 파라미터
Figure pat00015
를 가지는 지수 확률 변수일 수 있다.
상기
Figure pat00016
는
Figure pat00017
이고,
Figure pat00018
는 채널계수의 변화량의 제곱일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복수의 중계기가 배치된 네트워크에서의 중계기 선택 방법은 송신기로부터 신호를 전송 받은 모든 중계기에 대하여 상기 신호의 복호화 성공 여부를 센싱하는 단계; 복호화에 성공한 중계기 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 중계기를 선택하는 단계; 및 선택된 중계기가 수신기로 신호를 전송할 수 있도록 제어하는 단계를 포함한다.
상기 복호화에 성공한 중계기 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 중계기를 선택하는 단계는
수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR) 의 누적 분포 함수 값이 가장 큰 중계기를 선택할 수 있다.
상기 복호화에 성공한 중계기 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 중계기를 선택하는 단계는
상기 복호화에 성공한 중계기 각각에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)를
Figure pat00019
라고 할 때,
Figure pat00020
의 누적 분포 함수 값인
Figure pat00021
을 계산하고, 수식 1에 기초하여 중계기를 선택할 수 있다.
(수식 1)
Figure pat00022
{상기
Figure pat00023
는 선택 받은 중계기, 상기 D는 복호화에 성공한 중계기들의 집단, 상기
Figure pat00024
는 특정 중계기}
상기
Figure pat00025
는 중계기에 대한 평균 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)일 수 있다.
Figure pat00026
는 순간 수신 신호 대 잡음비(Signal??to ratio, SNR) 일 수 있다.
상기
Figure pat00027
는
Figure pat00028
이고, 상기
Figure pat00029
는 발신단 i에서의 전송 파워, 상기
Figure pat00030
는 수신단에서의 노이즈 파워, 상기
Figure pat00031
는 발신단 i로부터 수신단 j로의 채널계수를 나타낼 수 있다.
상기
Figure pat00032
는 파라미터
Figure pat00033
를 가지는 지수 확률 변수일 수 있다.
상기
Figure pat00034
는
Figure pat00035
이고,
Figure pat00036
는 채널계수의 변화량의 제곱일 수 있다.
선택된 중계기가 복원 후 전송(Decode??and??forward) 방식에 기초하여 신호를 상기 수신기로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 송신기 및 상기 수신기는 각각 단일 안테나를 통해 송수신을 수행할 수 있다.
상기 송신기 및 상기 수신기는 동시에 송수신을 수행할 수 없을 수 있다.
상기 송신기는 상기 수신기는 상호간에 직접 신호를 송수신 할 수 없고, 중계기를 거쳐서 신호를 송수신 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 중계기에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 수신기로 신호를 전송하는 중계기를 선택하여 중계기 선택에 있어 높은 공정성을 얻는 중계기 선택 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 네트워크 시스템은 최대 다이버시티를 얻을 수 있는 중계기가 선택되어 데이터 신뢰도가 높다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 중계기 선택 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 네트워크 시스템은 중계기 선택 장치(100), 하나 이상의 중계기가 포함된 중계기 그룹(200), 송신기(300) 및 수신기(400)를 포함한다. 그러나 도 1에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 네트워크 시스템이 구현될 수도 있다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고, 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
특히 도 1에서는 중계기 선택 장치(100)가 별도로 구비되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택 장치(100)가 각각의 중계기(200) 내부에 위치하는 경우에도 본 발명은 적용 가능하다.
이하에서는 송신기(300)가 수신기(400)로 직접 신호를 전송할 수 없는 것을 가정하여 설명하겠다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 송신기(300)가 수신기(400)로 직접 신호를 전송하는 경우, 송신기(300)가 중계기 및 수신기(400)로 신호를 전송하는 경우에도 적용할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 중계기 그룹(200)은 하나 이상의 중계기를 포함한다. 중계기 그룹(200)에서 선택된 하나의 중계기(220)만 수신기(400)로 신호를 전송한다. 그러나 중계기 그룹(200)의 모든 중계기는 송신기(300)로부터 신호를 수신한다.
본 발명의 실시예에 따른 송신기(300) 및 수신기(400)는 단말기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단말기에는 단일 안테나를 포함한다. 즉 본 발명의 실시예에 따르면 각각의 단말기는 송신 안테나 및 수신 안테나를 별도로 구비하지 않고, 단일 안테나를 통해 송수신을 수행할 수도 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 각각의 단말기는 안테나를 통해 송수신을 동시에 수행할 수 없다.
본 발명의 실시예에 따른 네트워크 시스템은 이중 홉 무선 네트워크 시스템(Dual-hop Wireless Network SYSTEM)일 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단말기는 이동 가능 여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 이동 단말기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mount terminal)로 나뉠 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 단말기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션 등이 포함될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 실시예에 따른 단말기는 네트워크나 유무선 통신을 이용하여 신호를 송수신할 수 있는 장치를 포함할 수 있다.
이와 같은 단말기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 송신기(300)는 중계기 그룹(200)의 각 중계기로 신호를 송신한다.
중계기 선택 장치(100)는 중계기 그룹(200) 중 수신기(400)로 신호를 전송할 중계기(220)를 선택한다. 중계기 선택 장치(100)는 중계기 그룹(200)의 각 중계기의 복호화 성공 여부를 센싱한다.
이하에서는 복호화에 성공한 중계기의 집단을 D라고 하여 설명하겠다. 또한 중계기 선택 장치(100)는 누적 분포 함수(Cumulative Distribution Function, CDF) 값에 기초하여 복화화에 성공한 중계기의 집단(D) 중에서 수신기(400)로 신호를 전송할 중계기를 선택한다.
중계기 그룹(200)의 중계기 중 선택된 중계기(220)는 수신기(400)로 신호를 전송한다.
다음은 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택 장치를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 중계기 그러나 도 2에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 중계기 선택 장치(100)가 구현될 수도 있다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고, 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벋어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
본 발명의 실시예에 따른 센싱부(110)는 중계기 그룹(200)의 각 중계기의 복호화 성공 여부를 센싱한다.
본 발명의 실시예에 따른 판단부(120)는 복호화에 성공한 중계기 집단(D) 중에서, 수신기(400)로 신호를 전송할 중계기(220)를 선택한다. 이때 판단부(120)는 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 수신기(400)로 신호를 전송할 중계기를 선택한다.
본 발명의 실시예에 따른 판단부(120)는 복호화에 성공한 중계기 집단 (D)에서 가장 큰 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값을 갖는 중계기를 수신기(400)로 신호를 전송할 중계기로 선택한다.
본 발명의 실시예에 따른 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)는 수신기, 증폭기를 비롯하여 일반 전송계에서 취급하는 와 의 에너지비를 말한다. 또한 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)는 신호의 품위 레벨의 척도로 SN비라고 약칭할 때가 많다.
일반적으로 신호는 단독으로 존재하지 않고 대개 잡음과 섞여 있다. 따라서 그 비율을 나타내는 척도로써 SN비가 쓰인다. 신호전력을 S, 잡음전력을 N이라 할 때 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)는 10 log10(S/N)으로 나타낸다. 일반적으로 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 단위는 (dB)이다.
본 발명의 실시예에 따른 중계기 제어부(130)는 선택된 중계기(220)가 수신기(400)로 신호를 전송할 수 있도록 제어한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 선택된 중계기(220)는 전송 받은 신호를 복원 후 전송(Decode-and-forward) 방식에 기초하여 신호를 전송한다.
다음은 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택 방법의 흐름도이다.
송신기(300)는 모든 중계기(200) 각각에 신호를 전송한다(S101).
신호를 전송 받은 모든 중계기(200) 각각은 전송 받은 신호의 복호화를 시도한다(S103).
센싱부(110)는 신호를 전송받은 각각의 중계기의 복호화 성공 여부를 센싱한다(S105).
판단부(120)는 복호화에 성공한 중계기 각각의 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값을 비교한다(S107).
판단부(120)는 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값이 가장 큰 중계기를 선택한다(S109).
발신단 i 에서 보내진 신호에 의한 수신단 j에서의 순간 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)인
Figure pat00037
은
Figure pat00038
로 나타낼 수 있다. 여기서
Figure pat00039
는 발신단 i에서의 전송 파워(transmit power)이다.
Figure pat00040
는 수신단에서의 노이즈 파워를 나타낸다. 또한 본 발명의 실시예에 따르면
Figure pat00041
는 발신단 i로부터 수신단 j로의 채널계수를 나타낸다.
여기서 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)인
Figure pat00042
는 파라미터
Figure pat00043
를 가지는 지수 확률 변수이다. 여기서
Figure pat00044
는
Figure pat00045
를 나타낸다. 또한
Figure pat00046
는 채널계수의 변화량의 제곱이다.
판단부(120)는 복호화에 성공한 중계기(D) 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)
Figure pat00047
의 누적 분포 함수 값
Figure pat00048
의 크기를 계산한다. 본 발명의 실시예에 따른
Figure pat00049
는 평균 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)일 수도 있다.
또한 판단부(120)는
Figure pat00050
의 값이 가장 큰 중계기를 수식 1에 기초하여 선택한다.
[수식 1]
Figure pat00051
{
Figure pat00052
는 선택 받은 중계기, D는 수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기들의 집단,
Figure pat00053
는 특정 중계기}
중계기 제어부(130)는 선택된 중계기(220)가 수신기(400)로 신호를 전송할 수 있도록 제어한다(S111).
본 발명의 실시예에 따르면, 선택된 중계기(220)는 전송 받은 신호를 복원 후 전송(Decode-and-forward) 방식에 기초하여 신호를 전송한다.
복호 후 전송 방식은 송신단에서 중계기에 신호를 전송하면, 중계기는 송신단에서 전송한 데이터를 수신한 후 복호화하여 에러 검출 등의 기능을 수행한 후 다시 부호화(Reencoding)하여 수신단에 전달한다.
복호 후 전송 방식에서 중계기 네트워크가 채널 부호를 이용하는 경우에는 중계기가 패리티 정보를 수신단에 전송하고 수신단은 중계기로부터 전송된 신호를 복호한다.
이하에서는 수식 2 내지 수식 9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 중계기 선택 방법의 효과에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 평균 중계기 공정성은 수식 2 및 수식 3에 기초한다.
[수식 2]
Figure pat00054
Figure pat00055
는 중계기 그룹(200)의 중계기 각각이 선택될 확률의 합과 특정 중계기
Figure pat00056
가 선택될 확률의 비다.
Figure pat00057
는 중계기 그룹(200) 내에 특정 중계기를 나타낸다.
K개의 중계기를 갖는 네트워크의 평균 중계기 공정성은 수식 3과 같이 나타난다.
[수식 3]
Figure pat00058
여기서 F는 평균 중계기 공정성을 나타낸다.
F의 값이 1일 경우, 중계기 선택에 있어서 중계기 간 공정성이 엄격하게 이루어짐을 의미한다. 본 발명의 실시예에 따르면 공정성이 1에 가까울 수록 동일한 조건의 중계기 그룹(200)의 모든 중계기가 동일한 확률로 선택될 수 있다.
중계기
Figure pat00059
가 선택될 확률은 수식 4에 기초할 수 있다.
[수식 4]
Figure pat00060
여기서
Figure pat00061
는 수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기가 m개 이면서 중계기
Figure pat00062
를 포함하는 복호화 부분집합이다.
Figure pat00063
가 구성될 확률은 수식 5에 기초할 수 있다.
[수식 5]
Figure pat00064
또한 중계기가 수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기의 집합 D에 속할 확률은 수식 6에 기초한다.
[수식 6]
Figure pat00065
Figure pat00066
는 복호화 성공 여부를 결정하는 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 임계 값을 나타낸다.
확률변수
Figure pat00067
를
Figure pat00068
라고 할 때, 부분집합
Figure pat00069
에서 중계기
Figure pat00070
가 선택될 확률은 수식 7에 기초한다.
[수식 7]
Figure pat00071
수식 4, 수식 5 및 수식 7에 기초할 때, 중계기
Figure pat00072
가 선택될 확률은 수식 8을 따른다.
[수식 8]
Figure pat00073
또한 수식 8에 기초할 때, 수식 2에서의
Figure pat00074
는 수식 9처럼 나타낼 수 있다.
[수식 9]
Figure pat00075
수식 9를 참조하면, 송신단에서 송신 전력을 증가시키면,
Figure pat00076
는
Figure pat00077
로 수렴된다. 또한 평균 중계기 공정성 F는 1로 수렴한다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면 중계기 선택에 있어서, 중계기 간 공정성이 엄격하게 이루어짐을 알 수 있다.
특히 본 발명의 실시예에 따르면 중계기 선택에 있어서 공정하게 중계기가 선택되므로, 제한된 배터리 전력을 가지 네트워크 일 수록 본 발명의 효과가 더 크다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 최대 다이버시티를 얻을 수 있는 중계기가 선택되어 데이터 신뢰도가 높다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
또한 위에서 설명한 중계기 선택 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100: 중계기 선택 장치 110: 센싱부
120: 판단부 130: 중계기 제어부
200: 중계기 그룹 300: 송신기
400: 수신기

Claims (20)

  1. 복수의 중계기가 배치된 네트워크에서의 중계기 선택 장치에 있어서,
    송신기로부터 신호를 전송 받은 각각의 중계기에 대하여 신호의 복호화 성공 여부를 센싱하는 센싱부;
    수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 중계기를 선택하는 판단부; 및
    선택된 중계기가 수신기로 신호를 전송할 수 있도록 선택된 중계기를 제어하는 중계기 제어부를 포함하는 중계기 선택 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는
    수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값이 가장 큰 중계기를 선택하는 중계기 선택 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판단부는
    상기 수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기 각각에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)를
    Figure pat00078
    라고 할 때,
    Figure pat00079
    의 누적 분포 함수 값인
    Figure pat00080
    을 계산하고, 수식 1에 기초하여 중계기를 선택하는 중계기 선택 장치.
    (수식 1)
    Figure pat00081

    {상기
    Figure pat00082
    는 선택 받은 중계기, 상기 D는 수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기들의 집단, 상기
    Figure pat00083
    는 특정 중계기}
  4. 제3항에 있어서,
    상기
    Figure pat00084
    는 중계기에 대한 평균 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)인 중계기 선택 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    Figure pat00085
    는 순간 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)인 중계기 선택 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기
    Figure pat00086
    는
    Figure pat00087
    이고, 상기
    Figure pat00088
    는 발신단 i에서의 전송 파워, 상기
    Figure pat00089
    는 수신단에서의 노이즈 파워, 상기
    Figure pat00090
    는 발신단 i로부터 수신단 j로의 채널계수를 나타내는 중계기 선택 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기
    Figure pat00091
    는 파라미터
    Figure pat00092
    를 가지는 지수 확률 변수인 중계기 선택 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기
    Figure pat00093
    는
    Figure pat00094
    이고,
    Figure pat00095
    는 채널계수의 변화량의 제곱인 중계기 선택 장치.
  9. 복수의 중계기가 배치된 네트워크에서의 중계기 선택 방법에 있어서,
    송신기로부터 신호를 전송 받은 모든 중계기에 대하여 신호의 복호화 성공 여부를 센싱하는 단계;
    수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 중계기를 선택하는 단계; 및
    선택된 중계기가 수신기로 신호를 전송할 수 있도록 선택된 중계기를 제어하는 단계를 포함하는 중계기 선택 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 중계기를 선택하는 단계는
    수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값이 가장 큰 중계기를 선택하는 중계기 선택 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복호화에 성공한 중계기 각각에 대하여 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)의 누적 분포 함수 값에 기초하여 중계기를 선택하는 단계는
    상기 복호화에 성공한 중계기 각각에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)를 라고 할 때,
    Figure pat00097
    의 누적 분포 함수 값인
    Figure pat00098
    을 계산하고, 수식 1에 기초하여 중계기를 선택하는 중계기 선택 방법.
    (수식 1)
    Figure pat00099

    {상기
    Figure pat00100
    는 선택 받은 중계기, 상기 D는 수신 받은 신호의 복호화에 성공한 중계기들의 집단, 상기
    Figure pat00101
    는 특정 중계기}
  12. 제11항에 있어서,
    상기
    Figure pat00102
    는 중계기에 대한 평균 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)인 중계기 선택 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    Figure pat00103
    는 순간 수신 신호 대 잡음비(Signal-to ratio, SNR)인 중계기 선택 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기
    Figure pat00104
    는
    Figure pat00105
    이고, 상기
    Figure pat00106
    는 발신단 i에서의 전송 파워, 상기
    Figure pat00107
    는 수신단에서의 노이즈 파워, 상기
    Figure pat00108
    는 발신단 i로부터 수신단 j로의 채널계수를 나타내는 중계기 선택 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기
    Figure pat00109
    는 파라미터
    Figure pat00110
    를 가지는 지수 확률 변수인 중계기 선택 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기
    Figure pat00111
    는
    Figure pat00112
    인 중계기 선택 방법.
    (상기
    Figure pat00113
    는 채널계수의 변화량의 제곱)
  17. 제9항에 있어서,
    선택된 중계기가 복원 후 전송(Decode-and-forward) 방식에 기초하여 신호를 상기 수신기로 전송하는 단계를 더 포함하는 중계기 선택 방법.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 송신기 및 상기 수신기는 각각 단일 안테나를 통해 송수신을 수행하는 중계기 선택 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 송신기 및 상기 수신기는 동시에 송수신을 수행할 수 없는 중계기 선택 방법.
  20. 제9항에 있어서,
    상기 송신기는 상기 수신기는 상호간에 직접 신호를 송수신 할 수 없고, 중계기를 거쳐서 신호를 송수신 하는 중계기 선택 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018097430A1 (ko) * 2016-11-25 2018-05-31 경상대학교산학협력단 중계기 네트워크에서 도청 방지를 위한 중계기 선택 장치 및 방법
US11115085B1 (en) 2020-07-24 2021-09-07 Industry-Academia Cooperation Group Of Sejong University MIMO-OFDM system for increasing reliability
KR20220087343A (ko) * 2020-12-17 2022-06-24 인하대학교 산학협력단 D2d 기반 ptt 서비스에서 통화시간 및 서비스 커버리지를 극대화하기 위한 릴레이 선택 방법 및 장치

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