KR20210157821A - Method and apparatus for transmitting and receiving signal in two-way full-duplex relay network - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 무선 통신에 대한 것이며, 구체적으로는 전이중 양방향 릴레이를 포함하는 무선 통신 시스템에서 신호 송수신 방법 및 장치에 대한 것이다.The present disclosure relates to wireless communication, and more particularly, to a method and apparatus for transmitting and receiving a signal in a wireless communication system including a full-duplex bidirectional relay.
전이중(full-duplex) 통신은 동일한 시간 및 주파수 자원을 사용하여 신호를 송수신하는 기술이다. 전이중 통신에서는 디바이스에서 송신한 신호가 해당 디바이스의 수신기에 간섭으로 작용할 수 있으므로, 자기 간섭을 제거하는 방안이 요구된다.Full-duplex communication is a technology for transmitting and receiving signals using the same time and frequency resources. In full-duplex communication, since a signal transmitted from a device may act as interference to a receiver of the device, a method for eliminating self-interference is required.
양방향 릴레이 통신은 릴레이가 제 1 디바이스로부터 수신된 신호를 제 2 디바이스로 전달하고, 제 2 디바이스로부터 수신된 신호를 제 1 디바이스로 전달함으로써, 두 디바이스 간의 정보 교환을 지원할 수 있다. Bidirectional relay communication may support information exchange between two devices by a relay transferring a signal received from the first device to a second device and transferring a signal received from the second device to the first device.
종래에는 양방향 릴레이를 포함하여 네트워크의 모든 디바이스(또는 노드)들이 전이중 통신을 지원하는 방안은 마련되어 있지 않다.Conventionally, there is no method in which all devices (or nodes) of a network support full-duplex communication including a bidirectional relay.
본 개시의 기술적 과제는 양방향 전이중 릴레이 통신을 방법 및 장치를 제공하는 것이다.It is an object of the present disclosure to provide a method and an apparatus for bidirectional full-duplex relay communication.
본 개시의 추가적인 기술적 과제는 양방향 전이중 릴레이 통신 방법의 자기 간섭을 제거하고 전체 시스템 성능을 높이는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.An additional technical object of the present disclosure is to provide a method and apparatus for eliminating self-interference in a bidirectional full-duplex relay communication method and increasing overall system performance.
본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problems to be achieved in the present disclosure are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present disclosure belongs from the description below. will be able
본 개시의 일 양상에 따른 전이중 양방향 릴레이 네트워크에서 릴레이의 통신 방법은, 제 1 시간 슬롯에서 제 1 소스 노드(S1)로부터 수신된 제 1 신호(xS1), 제 2 소스 노드(S2)로부터 수신된 제 2 신호(xS2) 및 상기 릴레이(R)의 자기 간섭 신호를 포함하는 수신 신호(r∈)를 버퍼에 저장하는 단계; 상기 버퍼에 저장된 신호에 제 1 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 상기 릴레이의 자기 간섭 신호 및 상기 제 2 신호의 영향을 제거하여 상기 제 1 신호를 검출하는 단계; 상기 버퍼에 저장된 신호에 상기 검출된 제 1 신호를 제거한 후 제 2 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 상기 제 2 신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 제 1 신호 및 상기 검출된 제 2 신호를 합성한 신호(xR)를, 제 2 시간 슬롯에서 상기 제 1 소스 노드 및 상기 제 2 소스 노드로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.A communication method of a relay in a full-duplex bidirectional relay network according to an aspect of the present disclosure, a first signal (x S1 ) received from a first source node (S 1 ) in a first time slot, a second source node (S 2 ) Storing the received signal (r ∈ ) including the second signal (x S2 ) and the self-interference signal of the relay (R) received from the buffer; detecting the first signal by applying a first reception beamforming vector to the signal stored in the buffer to remove the influence of the self-interference signal and the second signal of the relay; removing the detected first signal to the signal stored in the buffer and then detecting the second signal by applying a second reception beamforming vector; and transmitting a signal (x R ) obtained by combining the detected first signal and the detected second signal to the first source node and the second source node in a second time slot.
본 개시의 추가적인 양상에 따른 전이중 양방향 릴레이 네트워크에서 통신을 수행하는 릴레이 장치는, 트랜시버; 메모리; 및 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는, 상기 트랜시버를 통하여 제 1 시간 슬롯에서 제 1 소스 노드(S1)로부터 수신된 제 1 신호(xS1), 제 2 소스 노드(S2)로부터 수신된 제 2 신호(xS2) 및 상기 릴레이(R)의 자기 간섭 신호를 포함하는 수신 신호(r∈)를 상기 메모리에 저장하고; 상기 메모리에 저장된 신호에 제 1 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 상기 릴레이의 자기 간섭 신호 및 상기 제 2 신호의 영향을 제거하여 상기 제 1 신호를 검출하고; 상기 메모리에 저장된 신호에 상기 검출된 제 1 신호를 제거한 후 제 2 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 상기 제 2 신호를 검출하고; 상기 검출된 제 1 신호 및 상기 검출된 제 2 신호를 합성한 신호(xR)를, 상기 트랜시버를 통하여 제 2 시간 슬롯에서 상기 제 1 소스 노드 및 상기 제 2 소스 노드로 전송하도록 설정될 수 있다.A relay device for performing communication in a full-duplex bidirectional relay network according to an additional aspect of the present disclosure includes: a transceiver; Memory; and a processor. The processor includes a first signal (x S1 ) received from a first source node (S 1 ) and a second signal (x S2 ) received from a second source node (S 2 ) in a first time slot through the transceiver and storing the received signal (r ∈ ) including the self-interference signal of the relay (R) in the memory; detecting the first signal by applying a first reception beamforming vector to the signal stored in the memory to cancel the influence of the self-interference signal of the relay and the second signal; removing the detected first signal to the signal stored in the memory and then detecting the second signal by applying a second reception beamforming vector; A signal (x R ) obtained by combining the detected first signal and the detected second signal may be configured to be transmitted to the first source node and the second source node in a second time slot through the transceiver. .
본 개시에 대하여 위에서 간략하게 요약된 특징들은 후술하는 본 개시의 상세한 설명의 예시적인 양상일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다. The features briefly summarized above with respect to the present disclosure are merely exemplary aspects of the detailed description of the present disclosure that follows, and do not limit the scope of the present disclosure.
본 개시에 따르면 양방향 전이중 릴레이 통신을 방법 및 장치가 제공될 수 있다.According to the present disclosure, a method and apparatus for bidirectional full-duplex relay communication may be provided.
본 개시에 따르면 양방향 전이중 릴레이 통신 방법의 자기 간섭을 제거하고 전체 시스템 성능을 높이는 방법 및 장치가 제공될 수 있다.According to the present disclosure, a method and apparatus for removing self-interference in a bidirectional full-duplex relay communication method and increasing overall system performance may be provided.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present disclosure are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present disclosure belongs from the description below. will be.
도 1은 본 개시가 적용될 수 있는 전이중 통신을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시가 적용될 수 있는 전이중 통신의 자기 간섭 신호를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 개시가 적용될 수 있는 릴레이 네트워크의 예시를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시가 적용될 수 있는 양방향 통신의 단계들을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시가 적용될 수 있는 시스템 모델의 예시를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 개시에 따른 릴레이 장치 및 단말 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 개시의 예시들과 대비되는 경우의 아웃티지 확률을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 개시에 따른 예시들의 경우의 아웃티지 확률을 나타내는 도면이다.1 is a diagram for explaining full-duplex communication to which the present disclosure can be applied.
2 is a diagram for explaining a self-interference signal of full-duplex communication to which the present disclosure can be applied.
3 is a diagram illustrating an example of a relay network to which the present disclosure can be applied.
4 is a diagram for explaining steps of two-way communication to which the present disclosure can be applied.
5 is a diagram illustrating an example of a system model to which the present disclosure can be applied.
6 is a diagram illustrating the configuration of a relay device and a terminal device according to the present disclosure.
7 is a diagram illustrating an outage probability in contrast to examples of the present disclosure.
8 is a diagram illustrating an outage probability in the case of examples according to the present disclosure.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present disclosure pertains can easily implement them. However, the present disclosure may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 개시의 실시예를 설명함에 있어서 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 그리고, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙인다. In describing the embodiments of the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a well-known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, a detailed description thereof will be omitted. And, in the drawings, parts not related to the description of the present disclosure are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts.
본 개시에 있어서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 "연결", "결합" 또는 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 직접적인 연결관계 뿐만 아니라, 그 중간에 또 다른 구성요소가 존재하는 간접적인 연결관계도 포함할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소를 "포함한다" 또는 "가진다"고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 또 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. In the present disclosure, when it is said that a component is "connected", "coupled" or "connected" with another component, it is not only a direct connection relationship, but also an indirect connection relationship in which another component exists in the middle. may also include. In addition, when a component is said to "include" or "have" another component, it means that another component may be further included without excluding other components unless otherwise stated. .
본 개시에 있어서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 특별히 언급되지 않는 한 구성요소들 간의 순서 또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 따라서, 본 개시의 범위 내에서 일 실시예에서의 제1 구성요소는 다른 실시예에서 제2 구성요소라고 칭할 수도 있고, 마찬가지로 일 실시예에서의 제2 구성요소를 다른 실시예에서 제1 구성요소라고 칭할 수도 있다. In the present disclosure, terms such as first, second, etc. are used only for the purpose of distinguishing one component from other components, and do not limit the order or importance between the components unless otherwise specified. Accordingly, within the scope of the present disclosure, a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment, and similarly, a second component in one embodiment is referred to as a first component in another embodiment. can also be called
본 개시에 있어서, 서로 구별되는 구성요소들은 각각의 특징을 명확하게 설명하기 위한 것이며, 구성요소들이 반드시 분리되는 것을 의미하지는 않는다. 즉, 복수의 구성요소가 통합되어 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있고, 하나의 구성요소가 분산되어 복수의 하드웨어 또는 소프트웨어 단위로 이루어질 수도 있다. 따라서, 별도로 언급하지 않더라도 이와 같이 통합된 또는 분산된 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다. In the present disclosure, components that are distinguished from each other are for clearly describing respective characteristics, and do not necessarily mean that the components are separated. That is, a plurality of components may be integrated to form one hardware or software unit, or one component may be distributed to form a plurality of hardware or software units. Accordingly, even if not specifically mentioned, such integrated or dispersed embodiments are also included in the scope of the present disclosure.
본 개시에 있어서, 다양한 실시예에서 설명하는 구성요소들이 반드시 필수적인 구성요소들은 의미하는 것은 아니며, 일부는 선택적인 구성요소일 수 있다. 따라서, 일 실시예에서 설명하는 구성요소들의 부분집합으로 구성되는 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다. 또한, 다양한 실시예에서 설명하는 구성요소들에 추가적으로 다른 구성요소를 포함하는 실시예도 본 개시의 범위에 포함된다. In the present disclosure, components described in various embodiments do not necessarily mean essential components, and some may be optional components. Accordingly, an embodiment composed of a subset of components described in one embodiment is also included in the scope of the present disclosure. In addition, embodiments including other components in addition to components described in various embodiments are also included in the scope of the present disclosure.
본 개시는 무선 통신 시스템에서 네트워크 노드들 간의 통신에 대한 것이다. 네트워크 노드는, 기지국, 단말 또는 릴레이(relay) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 기지국(Base Station, BS)이라는 용어는, 고정국(fixed station), Node B, eNodeB(eNB), ng-eNB, gNodeB(gNB), 액세스 포인트(Access Point, AP) 등의 용어로 대체될 수 있다. 단말(terminal)은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), 비-AP 스테이션(non-AP STA) 등의 용어로 대체될 수 있다. The present disclosure relates to communication between network nodes in a wireless communication system. The network node may include one or more of a base station, a terminal, or a relay. The term base station (BS) may be replaced with terms such as fixed station, Node B, eNodeB (eNB), ng-eNB, gNodeB (gNB), and access point (AP). . A terminal may be replaced with terms such as User Equipment (UE), Mobile Station (MS), Mobile Subscriber Station (MSS), Subscriber Station (SS), and non-AP station (non-AP STA).
무선 통신 시스템은 기지국과 단말 간의 통신을 지원할 수도 있고, 단말간 통신을 지원할 수도 있다. 기지국과 단말 간의 통신에 있어서, 하향링크(Downlink, DL)는 기지국으로부터 단말로의 통신을 의미한다. 상향링크(Uplink, UL)은 단말로부터 기지국으로의 통신을 의미한다. 단말간 통신은 D2D(Device-to-Device), V2X(Vehicle-to-everything), ProSe(Proximity Service), 사이드링크(sidelink) 통신 등의 다양한 통신 방식 또는 서비스를 포함할 수 있다. 단말간 통신에 있어서 단말은 센서 노드, 차량, 재난 경보기 등의 형태로 구현될 수도 있다.A wireless communication system may support communication between a base station and a terminal or may support communication between terminals. In communication between the base station and the terminal, a downlink (DL) means communication from the base station to the terminal. Uplink (UL) refers to communication from a terminal to a base station. Inter-terminal communication may include various communication methods or services such as Device-to-Device (D2D), Vehicle-to-everything (V2X), Proximity Service (ProSe), and sidelink communication. In the communication between terminals, the terminal may be implemented in the form of a sensor node, a vehicle, a disaster warning device, or the like.
또한, 본 개시의 예시들은 릴레이(relay) 또는 릴레이 노드(RN)을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해서 적용될 수 있다. 기지국과 단말 간의 통신에 릴레이가 적용되는 경우, 릴레이는 단말에 대해서 기지국으로서 기능할 수 있고, 릴레이는 기지국에 대해서 단말로서 기능할 수 있다. 한편, 단말간 통신에 릴레이가 적용되는 경우, 릴레이는 각각의 단말에 대해서 기지국으로서 기능할 수 있다. In addition, examples of the present disclosure may be applied to a wireless communication system including a relay or a relay node (RN). When a relay is applied to communication between a base station and a terminal, the relay may function as a base station for the terminal, and the relay may function as a terminal for the base station. Meanwhile, when the relay is applied to communication between terminals, the relay may function as a base station for each terminal.
본 개시는 무선 통신 시스템의 다양한 다중 액세스 방식에 적용될 수 있다. 예를 들어, 다중 액세스 방식은 CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier-FDMA), OFDM-FDMA, OFDM-TDMA, OFDM-CDMA, NOMA(Non-Orthogonal Multiple Access) 등을 포함할 수 있다. 또한, 본 개시가 적용될 수 있는 무선 통신 시스템은, 상향링크 및 하향링크 통신이 서로 구별되는 시간 자원을 이용하는 TDD(Time Division Duplex) 방식을 지원할 수도 있고, 서로 구별되는 주파수 자원을 이용하는 FDD(Frequency Division Duplex) 방식을 지원할 수도 있다.The present disclosure may be applied to various multiple access schemes of a wireless communication system. For example, multiple access schemes include Code Division Multiple Access (CDMA), Time Division Multiple Access (TDMA), Frequency Division Multiple Access (FDMA), Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA), Single Carrier-FDMA (SC-FDMA). , OFDM-FDMA, OFDM-TDMA, OFDM-CDMA, Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA), and the like. In addition, a wireless communication system to which the present disclosure can be applied may support a Time Division Duplex (TDD) scheme in which uplink and downlink communications use distinct time resources, and Frequency Division (FDD) uses distinct frequency resources. Duplex) method may be supported.
본 개시에서, 채널을 전송 또는 수신한다는 것은 해당 채널을 통해서 정보 또는 신호를 전송 또는 수신한다는 의미를 포함한다. 예를 들어, 제어 채널을 전송한다는 것은, 제어 채널을 통해서 제어 정보 또는 신호를 전송한다는 것을 의미한다. 유사하게, 데이터 채널을 전송한다는 것은, 데이터 채널을 통해서 데이터 정보 또는 신호를 전송한다는 것을 의미한다.In the present disclosure, transmitting or receiving a channel includes the meaning of transmitting or receiving information or a signal through a corresponding channel. For example, transmitting the control channel means transmitting control information or a signal through the control channel. Similarly, to transmit a data channel means to transmit data information or a signal over the data channel.
이하에서는, 앙방향 전이중 릴레이 통신에 대한 본 개시의 실시예들에 대해서 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present disclosure for bidirectional full-duplex relay communication will be described.
본 개시의 예시들은 전이중 양방향 통신 시스템에서 발생하는 자기 간섭을 제거하고 각 소스 노드들이 효과적으로 정보를 교환하는 방안에 대한 것이다.Examples of the present disclosure relate to a method for removing self-interference occurring in a full-duplex two-way communication system and effectively exchanging information between source nodes.
도 1은 본 개시가 적용될 수 있는 전이중 통신을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining full-duplex communication to which the present disclosure can be applied.
도 2는 본 개시가 적용될 수 있는 전이중 통신의 자기 간섭 신호를 설명하기 위한 도면이다.2 is a diagram for explaining a self-interference signal of full-duplex communication to which the present disclosure can be applied.
기존의 무선통신 시스템은 상향링크(uplink) 자원과 하향링크(downlink) 자원을 시간 영역에서 구분하는 시간분할다중화(TDD) 또는 주파수 영역에서 구분하는 주파수분할다중화(FDD)를 통하여 상향링크 신호와 하향링크 신호 간의 간섭을 회피하였다. 최근에는 동일한 시간 및 주파수 자원을 사용하여 신호를 송수신하는 전이중(full duplex) 통신 기술이 제안되었다. 전이중 통신은 반이중(half-duplex) 통신에 비해서 최대 2배의 주파수 사용효율을 달성할 수 있다. 그러나, 전이중 통신을 수행하는 소스(source) 노드의 송신신호가 자신의 수신기에 간섭으로 작용할 수 있다. 이러한 자기 간섭(loopback interference) 신호는, 비교적 거리가 먼 다른 노드들로부터 수신되는 신호에 비하여, 신호의 세기가 매우 크다. 따라서 자기 간섭 신호를 효율적으로 제거하지 못한다면 통신 성능에 심각한 열화를 발생시킨다.The existing wireless communication system uses time division multiplexing (TDD) for dividing uplink and downlink resources in the time domain or frequency division multiplexing (FDD) for dividing uplink and downlink signals in the frequency domain. Interference between link signals is avoided. Recently, a full duplex communication technology for transmitting and receiving signals using the same time and frequency resources has been proposed. Full-duplex communication can achieve up to twice the frequency usage efficiency compared to half-duplex communication. However, a transmission signal of a source node performing full-duplex communication may act as interference to its own receiver. This self-interference (loopback interference) signal, compared to a signal received from other nodes that are relatively far away, the signal strength is very large. Therefore, if the self-interference signal is not effectively removed, the communication performance is seriously deteriorated.
도 3은 본 개시가 적용될 수 있는 릴레이 네트워크의 예시를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of a relay network to which the present disclosure can be applied.
도 4는 본 개시가 적용될 수 있는 양방향 통신의 단계들을 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining steps of two-way communication to which the present disclosure can be applied.
릴레이 노드를 통한 협력 통신은 네트워크의 커버리지를 늘릴 수 있고 높은 전송율과 서비스품질(QoS)을 얻을 수 있다. 더불어, 2개의 시간 슬롯을 사용하는 양방향 통신을 고려하면 주파수 사용 효율을 더욱 높일 수 있다. 이러한 경우 릴레이에서 두 소스 노드인 제 1 소스 노드 및 제 2 소스 노드(source1 및 source2)로부터 오는 신호를 수신하여 처리하고(제 1 단계(phase) 또는 제 1 시간 슬롯), 그 후 다시 두 소스 노드로 신호를 전송하여(제 2 단계 또는 제 2 시간 슬롯), 두 소스 노드들 간의 정보를 교환할 수 있다.Cooperative communication through the relay node can increase the coverage of the network and achieve high transmission rate and quality of service (QoS). In addition, if two-way communication using two time slots is considered, frequency use efficiency can be further increased. In this case, the relay receives and processes signals from two source nodes, a first source node and a second source node (source1 and source2) (first phase or first time slot), and then again two source nodes By transmitting a signal (second stage or second time slot), information can be exchanged between two source nodes.
도 3의 예시에서 HSR은 소스(source) 노드로부터 릴레이(relay)로의 채널을 나타낸다. HRD는 릴레이(relay)로부터 목적(destination) 노드로의 채널을 나타낸다. HSD는 소스(source) 노드로부터 목적(destination) 노드로의 채널을 나타낸다. 다만, 본 개시에서 소스 노드와 목적 노드 간의 채널을 통한 직접적인 신호 송수신은 고려하지 않고, 릴레이를 경유하여 소스 노드와 목적 노드 간의 신호를 송수신하는 것을 고려하므로, HSD 및 HDS 는 고려하지 않을 수 있다.In the example of FIG. 3 , H SR represents a channel from a source node to a relay. H RD represents a channel from a relay (relay) to a destination (destination) node. H SD represents a channel from a source node to a destination node. However, since the present disclosure does not consider direct signal transmission and reception through a channel between the source node and the destination node, and considers transmission and reception of signals between the source node and the destination node via a relay, H SD and H DS may not be considered. have.
종래에는 릴레이 노드만 전이중 통신을 지원하고 소스 노드 및 목적 노드는 전이중 통신을 지원하지 못하는 경우의 단일 방향 릴레이 시스템이 제안되고 있다. 하지만 모든 노드들이 전이중 통신을 지원하고 2개의 타임슬롯을 이용하여 양방향 통신을 하는 경우 주파수 사용 효율을 크게 높일 수 있다.Conventionally, a unidirectional relay system in which only a relay node supports full-duplex communication and a source node and a destination node do not support full-duplex communication has been proposed. However, if all nodes support full-duplex communication and perform bidirectional communication using two timeslots, frequency use efficiency can be greatly improved.
또한, 양방향 통신에서 신호를 처리하는 필터를 설계하는 종래 기술도 제안되고 있다. 하지만 이러한 양방향 통신은 모든 노드들이 전이중 통신을 지원하지 않는 것을 고려하므로, 전이중 통신을 통해서 효율성을 더 높일 수 있다.In addition, the prior art of designing a filter for processing a signal in two-way communication has also been proposed. However, since this bidirectional communication considers that all nodes do not support full-duplex communication, efficiency can be further increased through full-duplex communication.
본 개시에서는 모든 노드들이 전이중 통신을 지원하는 양방향 릴레이 네트워크를 고려한다.In the present disclosure, a bidirectional relay network in which all nodes support full-duplex communication is considered.
릴레이에서 각 노드들로 신호를 전송하는 방법은 DF(Decode and Forward) 릴레이 방식을 고려한다.A method of transmitting a signal from a relay to each node considers a DF (Decode and Forward) relay method.
릴레이는 도 4의 제 1 단계에서 자기 간섭을 제거하는 동시에 각 노드들로부터 수신하는 두 개의 서로 다른 신호를 효과적으로 검출해야 한다.The relay should effectively detect two different signals received from each node while canceling the self-interference in the first step of FIG. 4 .
각 소스 노드들이 유사한 전력(power)을 사용하여 신호를 전송하게 될 경우, 전체 시스템의 아웃티지(outage) 확률 성능에서, 높은 신호대잡음비(SNR) 영역에서도 에러 플로어(error floor) 현상이 발생하고 성능이 열화되는 문제점이 있다.When each source node transmits a signal using similar power, an error floor occurs even in a high signal-to-noise ratio (SNR) region in the outage probability performance of the entire system and the performance There is a problem of this deterioration.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 본 개시에서는 릴레이에서 유한한 크기의 버퍼(또는 메모리)를 사용하는 기법을 제안한다.In order to solve this problem, the present disclosure proposes a technique of using a buffer (or memory) of a finite size in a relay.
각 노드들에서 자기 간섭을 완벽히 제거하는 동시에 릴레이에서 다른 소스 노드들로부터 수신되는 신호를 효과적으로 검출하고 각 노드 사이 간의 즉시(instantaneous) SNR 또는 신호대잡음및간섭비(SINR)를 최대화하도록 하는 빔포밍(beamforming) 방안을 제안한다.Beamforming (SNR) that completely eliminates self-interference at each node while effectively detecting signals received from other source nodes in the relay and maximizing the instantaneous SNR or signal-to-noise and interference ratio (SINR) between each node. beamforming) is proposed.
이에 따라, 각 노드들이 유사한 전력을 사용하더라도, 시스템의 아웃티지 확률이 높은 SNR 영역에서 에러 플로어가 존재하지 않고, 안테나 수에 비례하여 다이버시티 차수(diversity order)를 얻을 수 있다. Accordingly, even if each node uses similar power, an error floor does not exist in the SNR region where the outage probability of the system is high, and a diversity order can be obtained in proportion to the number of antennas.
도 5는 본 개시가 적용될 수 있는 시스템 모델의 예시를 나타내는 도면이다5 is a diagram illustrating an example of a system model to which the present disclosure can be applied
도 5에서는 네트워크의 모든 노드들(예를 들어, source 1, relay, source 2)이 전이중 통신을 지원하는 양방향 통신을 가정한다. 또한 본 개시에서는 모든 노드들이 채널을 완벽히 알고 있다고 가정한다.In FIG. 5 , it is assumed that all nodes of the network (eg,
도 5의 예시에서 Hab는 a로부터 b로의 채널을 나타낸다. a 또는 b는, S1(소스 1), S2(소스 1), R(릴레이) 중 하나일 수 있다. 만약 a=b인 경우 해당 노드의 자기 간섭 신호가 겪는 채널을 나타낸다. In the example of FIG. 5 , Hab represents a channel from a to b. a or b may be one of S 1 (source 1), S 2 (source 1), and R (relay). If a=b, it indicates a channel experienced by the self-interference signal of the corresponding node.
도 5의 예시에서 ta는 a의 송신 프리코딩 행렬(또는 송신 빔포밍 벡터)을 나타내고, ra는 a의 수신 프리코딩 행렬(또는 수신 빔포밍 벡터)을 나타낸다. In the example of FIG. 5 , t a represents a transmit precoding matrix (or transmit beamforming vector) of a, and r a represents a receive precoding matrix (or receive beamforming vector) of a.
도 5의 예시에서 wR은 릴레이의 수신 프리코딩 행렬(또는 수신 빔포밍 벡터)을 나타내고, WT는 릴레이의 송신 프리코딩 행렬(또는 송신 빔포밍 벡터)을 나타낸다.In the example of FIG. 5 , w R denotes a reception precoding matrix (or reception beamforming vector) of the relay, and W T denotes a transmission precoding matrix (or transmission beamforming vector) of the relay.
릴레이에서의 수신 신호(r∈), 즉, 릴레이에서 수신하는 소스 1으로부터의 신호, 소스 2로부터의 신호, 및 자기 간섭 신호는 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다. The signal received by the relay (r ∈ ), that is, the signal from the
수학식 1에서 Pa는 노드 a의 송신 전력(power)을 나타낸다. xa는 노드 a가 송신한 신호(또는 메시지 또는 데이터)를 나타낸다. na는 노드 a가 검출하는 잡음을 나타낸다.In
수학식 1에서 및 를 만족한다. in
수학식 1의 수신 신호(r∈)에 릴레이가 수신 빔포밍(wR)을 적용한 신호(rR)는 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Signal (r R) applied to the received signal (r ∈) relay in which a reception beam forming (R w) in the equation (1) can be expressed by equation (2).
또한, 수학식 2에서 적절한 수신 빔포밍을 적용함으로써 릴레이에서의 자기 간섭 신호가 완벽히 제거되는 것으로 가정하면, 자기 간섭 신호가 제거된 신호(rR')은 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.In addition, assuming that the self-interference signal in the relay is completely removed by applying appropriate reception beamforming in
릴레이는 수신된 신호에 SIC(Successive Interference Cancellation) 기법을 적용하여 수신 신호를 검출할 수 있다. SIC는 수신 신호의 디코딩 순서에 따라서 성능이 결정된다. The relay may detect the received signal by applying a Successive Interference Cancellation (SIC) technique to the received signal. SIC performance is determined according to the decoding order of the received signal.
릴레이로부터 소스 1까지의 거리가 릴레이로부터 소스 2까지의 거리보다 가깝거나, 또는 소스 2가 이동성을 가지는 등의 상황에서 릴레이와 소스 1 사이의 채널 환경이 릴레이와 소스 2 사이의 채널 환경보다 좋은 경우를 가정할 수 있다. 예를 들어, 릴레이는 소스 2로부터의 신호보다 소스 1으로부터의 신호를 먼저 검출할 수 있다. When the distance from the relay to the
이 경우, 릴레이에서 각 소스로부터의 신호에 대한 신호대잡음및간섭비(SINR)는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.In this case, the signal-to-noise and interference ratio (SINR) for the signal from each source in the relay can be expressed as Equation (4).
수학식 4에서 γab는 노드 a로부터 노드 b가 수신하는 신호에 대한 SINR을 나타낸다.In
수학식 4에서 나타내는 바와 같이, 릴레이에서 자기 간섭이 완벽히 제거되었다고 하더라도, 소스 2로부터 릴레이가 수신하는 신호의 전력이 크다면, 릴레이가 소스 1로부터 수신하는 신호의 SINR은 성능이 심각하게 저하될 수 있다. As shown in
이러한 문제를 해결하기 위해서, 본 개시에서는 릴레이에서 버퍼(buffer)를 사용하여 릴레이에서의 자기 간섭 신호와 릴레이가 각 소스로부터 수신하는 신호를 완벽히 분리하는 방안을 제안한다. In order to solve this problem, the present disclosure proposes a method of completely separating a self-interference signal from a relay and a signal received from each source by the relay using a buffer in the relay.
구체적으로, 릴레이는 버퍼에 수신 신호 r∈를 저장한 후, r∈ 신호에 적절한 제 1 수신 빔포밍 벡터 wR1을 적용하여 자기 간섭 자기 간섭 신호와 소스 2로부터 수신하는 신호의 영향을 제거할 수 있다. 이 경우, 릴레이가 검출한 소스 1로부터송신된 신호(xS1)에 대한 SINR은 수학식 5와 같이 표현될 수 있다.Specifically, the relay stores the received signal r ∈ in the buffer, and then applies the first receive beamforming vector w R1 appropriate to the r ∈ signal to remove the influence of the self-interference self-interference signal and the signal received from the
버퍼에 저장된 r∈에서, 릴레이가 검출한 소스 1로부터의 신호에 대한 영향을 제거한 후 자기 간섭 신호를 제거하기 위해서 제 2 수신 빔포밍 벡터 wR2를 적용할 수 있다. 이 경우, 릴레이가 검출한 소스 2로부터 송신된 신호(xS2)에 대한 SINR은 수학식 6과 같이 표현될 수 있다. In r ∈ stored in the buffer, the second reception beamforming vector w R2 may be applied to remove the self-interference signal after removing the influence on the signal from the
릴레이가 검출한 두 소스 노드로부터 송신된 신호 xS1 및 xS2를 합성한 신호 xR은 아래의 수학식 7과 같이 표현될 수 있다. 합성 신호는 각각의 소스로 전송될 수 있다.A signal x R obtained by synthesizing signals x S1 and x S2 transmitted from two source nodes detected by the relay may be expressed as
수학식 7에서 αa 는 릴레이가 노드 a로 전송하고자 하는 신호에 대해서 적용되는 합성 비율을 나타낸다.In
소스 1에서 자기 간섭을 제거하기 위해 릴레이로부터 수신한 신호에 수신 빔포밍 벡터 rS1을 적용한 신호 r S1은 수학식 8과 같이 표현될 수 있다. R signal S1 to a signal received from the relay to remove the self interference from the
수힉식 8에서, 이전 타임 슬롯에서 소스 1이 릴레이로 송신한 신호 xS1은 소스 1이 이미 알고 있는 신호이기 때문에 그 영향을 제거한 신호 r S1'은 수학식 9와 같이 표현할 수 있다. In Equation 8, since the signal x S1 transmitted by the
수학식 9에서 이다.in Equation 9 to be.
또한, 소스 1이 릴레이로부터 수신하는 신호(즉, 제 1 단계에서 소스 2로부터 릴레이로 송신된 신호 xS2가 제 2 단계에서 릴레이로부터 소스 1에게 전달되는 신호)에 대한 SINR은 수학식 10과 같이 표현될 수 있다. In addition, the SINR for the signal that the source 1 receives from the relay (that is, the signal x S2 transmitted from the
다음으로, 소스 1으로부터 송신된 신호 xS1이 릴레이를 통하여 소스 2에게 전달되는 신호는 전술한 예시와 유사한 방식으로 검출될 수 있다. 즉, 수학식 8 내지 수학식 10에서 소스 1을 기준으로 설명한 사항을 소스 2로 대체하고, 소스 2를 기준으로 설명한 사항을 소스 1로 대체함으로써 소스 2에게 전달되는 신호가 표현될 수 있다. Next, the signal x S1 transmitted from the
구체적으로, 소스 2에서 자기 간섭을 제거하기 위해 릴레이로부터 수신한 신호에 수신 빔포밍 벡터 rS2를 적용한 신호 r S2는 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.Specifically, the r signal S2 to a signal received from the relay to remove the self interference from the
수힉식 11에서, 이전 타임 슬롯에서 소스 2가 릴레이로 송신한 신호 xS2는 소스 2가 이미 알고 있는 신호이기 때문에 그 영향을 제거한 신호 r S2'은 수학식 12와 같이 표현할 수 있다. In Equation 11, since the signal x S2 transmitted by the
수학식 12에서 이다.in
또한, 소스 2가 릴레이로부터 수신하는 신호(즉, 제 1 단계에서 소스 1으로부터 릴레이로 송신된 신호 xS1가 제 2 단계에서 릴레이로부터 소스 2에게 전달되는 신호)에 대한 SINR은 수학식 13과 같이 표현될 수 있다. In addition, the SINR for the signal that the source 2 receives from the relay (that is, the signal x S1 transmitted from the
이하에서는 본 개시에 따른 빔포밍 디자인에 대해서 설명한다.Hereinafter, a beamforming design according to the present disclosure will be described.
아래의 표 1은 본 개시에 따른 릴레이에서 버퍼를 사용했을 경우 전체 시스템의 빔포밍 디자인 방법(또는 알고리즘)을 예시적으로 나타낸다.Table 1 below exemplarily shows a beamforming design method (or algorithm) of the entire system when a buffer is used in the relay according to the present disclosure.
표 1의 단계 1에서, 도 5에서 설명한 바와 같이 WT는 릴레이에서의 송신 빔포밍 행렬에 해당한다. 본 개시에서는 각각의 소스 노드는 스트림 1개를 사용하여 릴레이로 전송하는 것을 가정하므로, 릴레이에서는 소스 1 및 소스 2로부터 수신한 2 개의 스트림을 복호한 후 합성할 수 있다. 릴레이가 서로 다른 스트림 2 개를 합성한 후, WT 빔포밍 행렬을 이용하여 각각의 소스 노드로 전송할 때, 각각의 소스 노드에서 수신하는 스트림의 SINR 값을 최대화하는 동시에 wR과 연계하여 릴레이에서 자기 간섭 신호를 제거하기 위해서 WT 및 wR의 빔포밍 행렬이 각각 설계될 수 있다. 여기서, WT 빔포밍 행렬의 크기는 NtR×2인 것으로 가정하고, NtR은 릴레이의 송신 안테나 개수에 해당한다. 또한, tS1은 소스 노드 1에서의 송신 빔포밍 벡터이며, 그 크기는 NtS1×1인 것으로 가정하고, NtS1은 소스 1의 송신 안테나 개수에 해당한다. 또한, tS2는 소스 노드 2에서의 송신 빔포밍 벡터이며, 그 크기는 NtS2×1인 것으로 가정하고, NtS2는 소스 2의 송신 안테나 개수에 해당한다.In
표 2의 단계 2 및 단계 13에서 명시하는 바와 같이, SINR 값을 최대화하고 자기 간섭 신호가 제거되는 빔포밍 행렬 또는 빔포밍 벡터로 수렴될 때까지 단계 3 내지 12의 과정이 반복될 수 있다.As specified in
릴레이에서 자기 간섭 신호와 xS2에 대한 신호를 제거하기 위해서는 두 채널에 대한 영 공간 (null space)에 해당하는 수신 빔포밍 벡터를 적용하여야 한다. 이에 해당하는 영 공간은 수학식 14와 같이 표현될 수 있다. 수학식 14에서 NrR은 릴레이의 수신 안테나 개수에 해당한다.In order to remove the self-interference signal and the signal for x S2 in the relay, a reception beamforming vector corresponding to a null space for both channels must be applied. The corresponding null space can be expressed as Equation (14). In
표 3의 단계 3에서 릴레이(R)에서의 자기간섭(self interference, SI) 및 사용자간간섭(inter-user interference, IUI)에 대한 영 공간은 수학식 14와 같이 표현될 수 있다. 여기서, R1은 릴레이의 자기간섭 신호와 소스 2로부터 송신되는(즉, 릴레이가 수신하는) 신호들을 포괄(span)하는 공간에 해당할 수 있다. R1에 대한 영 공간은 수학식 14의 과 같이 표현될 수 있다. In step 3 of Table 3, the zero space for self interference (SI) and user interference (IUI) in the relay (R) may be expressed as
릴레이에서는 소스 1으로부터 송신되는 신호인 xS1을 복호하기 위해서 wR1을 적용할 수 있다. 여기서, 릴레이에서 xS1을 복호할 때, 자기간섭 신호와 소스 2로부터 수신되는 신호 xS2는 사용자간간섭으로 작용할 수 있다. 이러한 자기간섭 및 사용자간간섭을 제거하기 위한 최적의 수신 빔포밍 행렬 wR을 설계할 수 있다. In the relay, w R1 may be applied to decode x S1 , which is a signal transmitted from
표 1의 단계 4에서, 소스 1의 송신 빔포밍 벡터인 tS1은, 릴레이가 소스 1으로부터 수신하는 신호의 SNR이 최대가 되도록 수학식 15와 같이 설계될 수 있다.In
릴레이의 수신 빔포밍 행렬 wR1은 공간 내에서 설계되므로, 소스 1으로부터 릴레이로의 채널에 wR1이 곱해진 유효 채널(effective channel)의 이득이 최대가 되도록 소스 1의 송신 빔포밍 벡터가 설계될 수 있다. 즉, tS1은 유효 채널 행렬의 최대 고유 값에 해당하는 고유 벡터가 되도록 설계될 수 있다.The relay's receive beamforming matrix w R1 is Since it is designed in space, the transmit beamforming vector of the
표 1의 단계 5에서, 수학식 15에서의 wR1은 릴레이가 소스 1으로부터 수신하는 신호의 SNR이 최대가 되도록 설계될 수 있다. 구체적으로, wR1은 공간 내에서, 소스 1의 송신 빔포밍 벡터와, 소스 1으로부터 릴레이로의 채널의 곱인 hS1R에 정렬되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, wR1은 수학식 16과 같이 설계될 수 있다.In
표 1의 단계 4 및 5에서 산출된 소스 1의 송신 빔포밍 벡터인 tS1 및 릴레이에서 소스 1로부터의 수신 빔포밍 행렬인 wR1에 기초하여 소스 1이 릴레이로 송신한 신호 xS1을 복호할 수 있다. 릴레이는 버퍼에 저장된 수신 신호에서 xS1의 영향을 제거한 후 xS2를 복호할 수 있다. The signal x S1 transmitted from
릴레이의 버퍼에 저장된 신호에서 xS1의 영향을 제거한 신호에는 여전히 릴레이의 자기 간섭 신호 성분이 존재하며, 이는 xS2를 복호할 때의 간섭으로 작용할 수 있다. 따라서, 릴레이에서 xS2를 복호하기 위한 수신 빔포밍 행렬 wR1의 설계를 위해서 자기 간섭 신호를 제거하는 것을 고려할 수 있다. The relay's self-interference signal component still exists in the signal from which the influence of x S1 is removed from the signal stored in the relay's buffer, which may act as interference when decoding x S2. Therefore, in order to design the reception beamforming matrix w R1 for decoding x S2 in the relay, it may be considered to remove the self-interference signal.
표 1의 단계 6에서, 릴레이(R)에서의 자기간섭(SI)에 대한 영 공간 는 수학식 17과 같이 표현될 수 있다. In
표 1의 단계 7에서, 소스 2의 송신 빔포밍 벡터인 tS2는, 릴레이가 소스 2로부터 수신하는 신호의 SNR이 최대가 되도록 수학식 18과 같이 설계될 수 있다.In
릴레이의 수신 빔포밍 행렬 wR2는 공간 내에서 설계되므로, 소스 2로부터 릴레이로의 채널에 wR2가 곱해진 유효 채널(effective channel)의 이득이 최대가 되도록 소스 2의 송신 빔포밍 벡터가 설계될 수 있다. 즉, tS2는 유효 채널 행렬의 최대 고유 값에 해당하는 고유 벡터가 되도록 설계될 수 있다.The relay's receive beamforming matrix w R2 is Since it is designed in space, the transmit beamforming vector of the
표 1의 단계 8에서, 수학식 18에서의 wR2는 릴레이가 소스 2로부터 수신하는 신호의 SNR이 최대가 되도록 설계될 수 있다. 구체적으로, wR2는 공간 내에서, 소스 2의 송신 빔포밍 벡터와, 소스 2로부터 릴레이로의 채널의 곱인 hS2R에 정렬되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, wR2는 수학식 19와 같이 설계될 수 있다.In
표 1의 단계 7 및 8에서 산출된 소스 2의 송신 빔포밍 벡터인 tS2 및 릴레이에서 소스 2로부터의 수신 빔포밍 행렬인 wR2에 기초하여 소스 2가 릴레이로 송신한 신호 xS2를 복호할 수 있다. Based on t S2 , which is the transmit beamforming vector of
각 소스에서의 수신 빔포밍 벡터와 릴레이에서 송신 빔포밍 행렬은 위의 과정과 유사하게 설계될 수 있다. The reception beamforming vector at each source and the transmission beamforming matrix in the relay may be designed similarly to the above process.
구체적으로, 표 1의 단계 9에서, 단계 3 및 단계 6의 릴레이에서의 영 공간과 유사한 방식으로, 소스 1(S1) 및 소스 2(S2)에서 자기 간섭(SI)에 대한 영 공간은 각각 및 로 표현될 수 있다. 여기서, NrS1 및 NrS2는 각각 소스 1 및 소스 2의 수신 안테나 개수에 해당할 수 있다. Specifically, in step 9 of Table 1, in a manner similar to the zero space in the relay of
표 1의 단계 10에서, 단계 4 및 단계 7의 소스 1 및 소스 2의 릴레이로의 송신 빔포밍 행렬의 설계와 유사한 방식으로, 릴레이로부터 소스 1로의 송신 빔포밍 행렬 wT,S1, 및 릴레이로부터 소스 1로의 송신 빔포밍 행렬 wT,S2가 설계될 수 있다. In
표 1의 단계 11에서, 단계 5 및 단계 8의 릴레이가 소스 1 및 소스 2로부터의 수신 빔포밍 행렬 설계와 유사한 방식으로, 소스 1의 릴레이로부터의 수신 빔포밍 벡터 rS1, 및 소스 2의 릴레이로부터의 수신 빔포밍 벡터 rS2가 설계될 수 있다.In step 11 of table 1, the relay of
표 1의 단계 12에서, 릴레이의 송신 빔포밍 행렬 WT는, 릴레이로부터 소스 1으로의 송신 빔포밍 행렬 wT,S1 및 릴레이로부터 소스 2로의 송신 빔포밍 행렬 wT,S2에 기초하여 설계될 수 있다. 여기서, 본 예시에서는 릴레이로부터 각각의 소스 노드에게 송신할 때 최적화된 전력 할당은 고려하지 않고 동일한 전력이 분배되도록 (즉, wT,S1 및 wT,S2에 동일한 계수 값이 곱해지도록) 송신 빔포밍 행렬 WT가 설계될 수 있다.In
전술한 본 개시의 실시예들에 따르면, 무선 통신 시스템 내의 노드들이 전이중 통신을 지원하는 양방향 통신 시스템에서, 자기 간섭을 완벽히 제거하며 각 링크의 SNR 이득이 최대가 되도특 각 노드의 송수신 빔포밍 기법이 설계될 수 있다.According to the above-described embodiments of the present disclosure, in a two-way communication system in which nodes in a wireless communication system support full-duplex communication, even if self-interference is completely removed and the SNR gain of each link is maximized, a transmission/reception beamforming technique of each node This can be designed
또한, 모든 노드들이 전이중 통신을 지원하는 양방향 통신 시스템에서 릴레이에서 버퍼를 사용하여 자기 간섭과 두 소스들로부터 오는 신호를 완벽히 분리할 수 있으므로, 릴레이가 버퍼를 사용하지 않는 시스템보다 아웃티지 확률을 비약적으로 향상시킬 수 있다. In addition, in a bi-directional communication system in which all nodes support full-duplex communication, the relay uses a buffer to completely separate self-interference and signals from both sources, so the outage probability is dramatically reduced compared to the system in which the relay does not use a buffer. can be improved with
도 6은 본 개시에 따른 릴레이 장치 및 단말 장치의 구성을 나타내는 도면이다. 6 is a diagram illustrating the configuration of a relay device and a terminal device according to the present disclosure.
릴레이 장치(600)는 프로세서(610), 안테나부(620), 트랜시버(630), 메모리(640)를 포함할 수 있다. The relay device 600 may include a processor 610 , an antenna unit 620 , a transceiver 630 , and a memory 640 .
프로세서(610)는 베이스밴드 관련 신호 처리를 수행하며, 상위계층 처리부(611) 및 물리계층 처리부(615)를 포함할 수 있다. 상위계층 처리부(611)는 MAC 계층, RRC 계층, 또는 그 이상의 상위계층의 동작을 처리할 수 있다. 물리계층 처리부(615)는 PHY 계층의 동작(예를 들어, 하향링크 송신 신호 처리, 상향링크 수신 신호 처리 등)을 처리할 수 있다. 프로세서(610)는 베이스밴드 관련 신호 처리를 수행하는 것 외에도, 릴레이 장치(600) 전반의 동작을 제어할 수도 있다.The processor 610 performs baseband-related signal processing and may include an upper layer processing unit 611 and a physical layer processing unit 615 . The higher layer processing unit 611 may process the operation of the MAC layer, the RRC layer, or higher layers. The physical layer processing unit 615 may process operations (eg, downlink transmission signal processing, uplink reception signal processing, etc.) of the PHY layer. The processor 610 may control the overall operation of the relay device 600 in addition to performing baseband-related signal processing.
안테나부(620)는 하나 이상의 물리적 안테나를 포함할 수 있고, 복수개의 안테나를 포함하는 경우 MIMO 송수신을 지원할 수 있다. 트랜시버(630)는 RF 송신기와 RF 수신기를 포함할 수 있다. 메모리(640)는 프로세서(610)의 연산 처리된 정보, 릴레이 장치(600)의 동작에 관련된 소프트웨어, 운영체제, 애플리케이션 등을 저장할 수 있으며, 버퍼 등의 구성요소를 포함할 수도 있다.The antenna unit 620 may include one or more physical antennas, and when it includes a plurality of antennas, it may support MIMO transmission/reception. The transceiver 630 may include an RF transmitter and an RF receiver. The memory 640 may store operation-processed information of the processor 610 , software related to the operation of the relay device 600 , an operating system, an application, and the like, and may include components such as a buffer.
릴레이 장치(600)의 프로세서(610)는 본 발명에서 설명하는 실시예들에서의 릴레이의 동작을 구현하도록 설정될 수 있다. The processor 610 of the relay device 600 may be configured to implement the operation of the relay in the embodiments described in the present invention.
물리계층 처리부(515)는 트랜시버(530)를 통하여 제 1 시간 슬롯에서 제 1 단말(S1)로부터 수신된 제 1 신호(xS1), 제 2 단말(S2)로부터 수신된 제 2 신호(xS2) 및 릴레이(R)의 자기 간섭 신호를 포함하는 수신 신호(r∈)를 메모리(540) 또는 버퍼에 저장할 수 있다.The physical
물리계층 처리부(515)는 버퍼에 저장된 신호에 제 1 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 릴레이의 자기 간섭 신호 및 제 2 신호의 영향을 제거하여 제 1 신호를 검출할 수 있다. 또한, 상위계층 처리부(515)는 버퍼에 저장된 신호에 검출된 제 1 신호를 제거한 후 제 2 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 제 2 신호를 검출할 수 있다.The physical
물리계층 처리부(515)는 검출된 제 1 신호 및 상기 검출된 제 2 신호를 합성한 신호(xR)를, 트랜시버(530)를 통하여 제 2 시간 슬롯에서 제 1 단말 및 제 2 단말로 전송할 수 있다. The physical layer processing unit 515 may transmit a signal (x R ) obtained by synthesizing the detected first signal and the detected second signal to the first terminal and the second terminal in the second time slot through the
상위계층 처리부(514)는, 예를 들어, 표 1을 참고하여 설명한 빔포밍 디자인 방법에 따라서, 릴레이의 송신 빔포밍 행렬 및 수신 빔포밍 행렬을 결정할 수 있다. The higher layer processing unit 514 may determine a transmission beamforming matrix and a reception beamforming matrix of the relay according to the beamforming design method described with reference to Table 1, for example.
단말 장치(650)는 프로세서(660), 안테나부(670), 트랜시버(680), 메모리(690)를 포함할 수 있다. The terminal device 650 may include a processor 660 , an antenna unit 670 , a transceiver 680 , and a memory 690 .
프로세서(660)는 베이스밴드 관련 신호 처리를 수행하며, 상위계층 처리부(661) 및 물리계층 처리부(665)를 포함할 수 있다. 상위계층 처리부(661)는 MAC 계층, RRC 계층, 또는 그 이상의 상위계층의 동작을 처리할 수 있다. 물리계층 처리부(665)는 PHY 계층의 동작(예를 들어, 하향링크 수신 신호 처리, 상향링크 송신 신호 처리 등)을 처리할 수 있다. 프로세서(660)는 베이스밴드 관련 신호 처리를 수행하는 것 외에도, 단말 장치(660) 전반의 동작을 제어할 수도 있다.The processor 660 performs baseband-related signal processing and may include an upper layer processing unit 661 and a physical layer processing unit 665 . The higher layer processing unit 661 may process operations of the MAC layer, the RRC layer, or higher layers. The physical layer processor 665 may process PHY layer operations (eg, downlink reception signal processing, uplink transmission signal processing, etc.). The processor 660 may control the overall operation of the terminal device 660 in addition to performing baseband-related signal processing.
안테나부(670)는 하나 이상의 물리적 안테나를 포함할 수 있고, 복수개의 안테나를 포함하는 경우 MIMO 송수신을 지원할 수 있다. 트랜시버(680)는 RF 송신기와 RF 수신기를 포함할 수 있다. 메모리(690)는 프로세서(660)의 연산 처리된 정보, 단말 장치(650)의 동작에 관련된 소프트웨어, 운영체제, 애플리케이션 등을 저장할 수 있으며, 버퍼 등의 구성요소를 포함할 수도 있다.The antenna unit 670 may include one or more physical antennas, and when it includes a plurality of antennas, it may support MIMO transmission/reception. The transceiver 680 may include an RF transmitter and an RF receiver. The memory 690 may store information processed by the processor 660 , software related to the operation of the terminal device 650 , an operating system, an application, and the like, and may include components such as a buffer.
단말 장치(650)의 프로세서(660)는 본 발명에서 설명하는 실시예들에서의 소스 노드(예를 들어, 소스 1 또는 소스 2) 또는 목적 노드의 동작을 구현하도록 설정될 수 있다. The processor 660 of the terminal device 650 may be configured to implement the operation of a source node (eg,
제 1 단말의 물리계층 처리부(565)는 트랜시버(530)를 통하여 제 1 시간 슬롯에서 송신 빔포밍 벡터를 적용하여 제 1 신호를 릴레이로 전송할 수 있다.The physical
제 1 단말의 물리계층 처리부(565)는 트랜시버(530)를 통하여 제 2 시간 슬롯에서 릴레이로부터 합성 신호를 수신하고, 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 합성 신호로부터 제 2 신호를 검출할 수 있다.The physical
제 1 단말의 상위계층 처리부(561)는, 예를 들어, 표 1을 참고하여 설명한 빔포밍 디자인 방법에 따라서, 제 1 단말의 송신 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다.The upper
제 2 단말의 물리계층 처리부(565)는 트랜시버(530)를 통하여 제 1 시간 슬롯에서 송신 빔포밍 벡터를 적용하여 제 2 신호를 릴레이로 전송할 수 있다.The physical
제 2 단말의 물리계층 처리부(565)는 트랜시버(530)를 통하여 제 2 시간 슬롯에서 릴레이로부터 합성 신호를 수신하고, 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 합성 신호로부터 제 1 신호를 검출할 수 있다.The physical
제 2 단말의 상위계층 처리부(561)는, 예를 들어, 표 1을 참고하여 설명한 빔포밍 디자인 방법에 따라서, 제 2 단말의 송신 빔포밍 벡터 및 수신 빔포밍 벡터를 결정할 수 있다.The upper
릴레이 장치(600) 및 단말 장치(650)의 동작에 있어서 본 발명의 예시들에서 릴레이 및 소스 노드에 대해서 설명한 사항이 동일하게 적용될 수 있으며, 중복되는 설명은 생략한다.In the operation of the relay device 600 and the terminal device 650 , the descriptions of the relay and the source node in the examples of the present invention may be applied in the same manner, and overlapping descriptions will be omitted.
도 7은 본 개시의 예시들과 대비되는 경우의 아웃티지 확률을 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating an outage probability in contrast to examples of the present disclosure.
도 8은 본 개시에 따른 예시들의 경우의 아웃티지 확률을 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating an outage probability in the case of examples according to the present disclosure.
도 7 및 도 8의 예시들은 릴레이의 수신 안테나 개수에 따른 다이버시티 차수 비교를 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 릴레이 수신 안테나 개수를 제외한 모든 노드에서 안테나의 수는 4개인 것으로 가정한다. 또한, 릴레이의 전송 전력을 30dB이고, 소스 1의 전송 전력과 소스 2의 전송 전력을 동일한 것으로 가정한다.7 and 8 show simulation results for comparing diversity orders according to the number of receiving antennas of a relay. It is assumed that the number of antennas is 4 in all nodes except for the number of relay receiving antennas. In addition, it is assumed that the transmission power of the relay is 30 dB, and the transmission power of the
도 7의 예시는 릴레이에서 버퍼를 사용하지 않은 경우의 아웃티지 확률을 나타내고, 도 8의 예시는 릴레이에서 버퍼를 사용한 경우의 아웃티지 확률을 나타낸다. The example of FIG. 7 shows the outage probability when the relay does not use the buffer, and the example of FIG. 8 shows the outage probability when the relay uses the buffer.
본 개시의 예시적인 방법들은 설명의 명확성을 위해서 동작의 시리즈로 표현되어 있지만, 이는 단계가 수행되는 순서를 제한하기 위한 것은 아니며, 필요한 경우에는 각각의 단계가 동시에 또는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 본 개시에 따른 방법을 구현하기 위해서, 예시하는 단계에 추가적으로 다른 단계를 포함하거나, 일부의 단계를 제외하고 나머지 단계를 포함하거나, 또는 일부의 단계를 제외하고 추가적인 다른 단계를 포함할 수도 있다. Example methods of the present disclosure are expressed as a series of operations for clarity of description, but this is not intended to limit the order in which the steps are performed, and if necessary, each step may be performed simultaneously or in a different order. In order to implement the method according to the present disclosure, other steps may be included in addition to the illustrated steps, other steps may be excluded from some steps, or additional other steps may be included except some steps.
본 개시의 다양한 실시예는 모든 가능한 조합을 나열한 것이 아니고 본 개시의 대표적인 양상을 설명하기 위한 것이며, 다양한 실시예에서 설명하는 사항들은 독립적으로 적용되거나 또는 둘 이상의 조합으로 적용될 수도 있다. Various embodiments of the present disclosure do not list all possible combinations, but are intended to describe representative aspects of the present disclosure, and the details described in various embodiments may be applied independently or in combination of two or more.
또한, 본 개시의 다양한 실시예는 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 그들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어에 의한 구현의 경우, 하나 또는 그 이상의 ASICs(Application Specific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing Devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 범용 프로세서(general processor), 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다. In addition, various embodiments of the present disclosure may be implemented by hardware, firmware, software, or a combination thereof. For implementation by hardware, one or more Application Specific Integrated Circuits (ASICs), Digital Signal Processors (DSPs), Digital Signal Processing Devices (DSPDs), Programmable Logic Devices (PLDs), Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), general purpose It may be implemented by a processor (general processor), a controller, a microcontroller, a microprocessor, and the like.
본 개시의 범위는 다양한 실시예의 방법에 따른 동작이 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행되도록 하는 소프트웨어 또는 머신-실행가능한 명령들(예를 들어, 운영체제, 애플리케이션, 펌웨어(firmware), 프로그램 등), 및 이러한 소프트웨어 또는 명령 등이 저장되어 장치 또는 컴퓨터 상에서 실행 가능한 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체(non-transitory computer-readable medium)를 포함한다.The scope of the present disclosure includes software or machine-executable instructions (eg, operating system, application, firmware, program, etc.) that cause operation according to the method of various embodiments to be executed on a device or computer, and such software or and non-transitory computer-readable media in which instructions and the like are stored and executable on a device or computer.
Claims (11)
제 1 시간 슬롯에서 제 1 소스 노드(S1)로부터 수신된 제 1 신호(xS1), 제 2 소스 노드(S2)로부터 수신된 제 2 신호(xS2) 및 상기 릴레이(R)의 자기 간섭 신호를 포함하는 수신 신호(r∈)를 버퍼에 저장하는 단계;
상기 버퍼에 저장된 신호에 제 1 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 상기 릴레이의 자기 간섭 신호 및 상기 제 2 신호의 영향을 제거하여 상기 제 1 신호를 검출하는 단계;
상기 버퍼에 저장된 신호에 상기 검출된 제 1 신호를 제거한 후 제 2 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 상기 제 2 신호를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 제 1 신호 및 상기 검출된 제 2 신호를 합성한 신호(xR)를, 제 2 시간 슬롯에서 상기 제 1 소스 노드 및 상기 제 2 소스 노드로 전송하는 단계를 포함하는, 릴레이 통신 방법.
A method of communicating a relay in a full-duplex bidirectional relay network, the method comprising:
A first signal (x S1 ) received from a first source node (S 1 ), a second signal (x S2 ) received from a second source node (S 2 ) and a magnetic field of the relay (R) in a first time slot Storing the received signal (r ∈ ) including the interference signal in a buffer;
detecting the first signal by applying a first reception beamforming vector to the signal stored in the buffer to remove the influence of the self-interference signal and the second signal of the relay;
removing the detected first signal to the signal stored in the buffer and then detecting the second signal by applying a second reception beamforming vector; and
A relay communication method comprising transmitting a signal (x R ) obtained by combining the detected first signal and the detected second signal to the first source node and the second source node in a second time slot. .
상기 수신 신호(r∈)는 아래의 수학식으로 정의되고,
여기서, Hab는 a로부터 b로의 채널을 나타내고, a 또는 b는 S1, S2, R 중 하나이며, a=b인 a 또는 b의 자기 간섭 신호의 채널을 나타내며,
ta는 a의 송신 프리코딩 행렬 또는 송신 빔포밍 벡터를 나타내고,
ra는 a의 수신 프리코딩 행렬 또는 수신 빔포밍 벡터를 나타내고,
wR은 릴레이의 수신 프리코딩 행렬 또는 수신 빔포밍 벡터를 나타내고,
WT는 릴레이의 송신 프리코딩 행렬 또는 송신 빔포밍 벡터를 나타내고,
Pa는 a의 송신 전력을 나타내고,
na는 a가 검출하는 잡음을 나타내며,
및 를 만족하는, 릴레이 통신 방법.
The method of claim 1,
The received signal (r ∈ ) is defined by the following equation,
Here, Hab represents a channel from a to b, a or b represents one of S 1 , S 2 , R, and represents a channel of a self-interference signal of a or b with a=b,
t a represents a transmit precoding matrix or transmit beamforming vector of a,
r a represents a reception precoding matrix or reception beamforming vector of a,
w R represents a receive precoding matrix or a receive beamforming vector of the relay,
W T represents the transmit precoding matrix or transmit beamforming vector of the relay,
P a represents the transmit power of a,
n a represents the noise detected by a,
and A relay communication method that satisfies
상기 검출된 제 1 신호 및 상기 검출된 제 2 신호를 합성한 신호(xR)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
여기서, αa 는 릴레이가 a로 전송하는 신호에 대해서 적용되는 합성 비율을 나타내는, 릴레이 통신 방법.
3. The method of claim 2,
A signal (x R ) obtained by synthesizing the detected first signal and the detected second signal is defined by the following equation,
Here, α a represents a synthesis ratio applied to a signal transmitted by the relay to a, a relay communication method.
상기 릴레이로부터 상기 제 1 소스 노드로 전송되고 상기 제 1 소스 노드의 수신 빔포밍 벡터가 적용된 신호(r S1)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
상기 제 1 소스 노드에서 상기 제 1 신호를 제거한 신호(r S1')는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
여기서, 인, 릴레이 통신 방법.
4. The method of claim 3,
A signal r S1 transmitted from the relay to the first source node and to which the reception beamforming vector of the first source node is applied is defined as in the following equation,
The signal (r S1 ') obtained by removing the first signal from the first source node is defined as in the following equation,
here, In, relay communication method.
상기 릴레이로부터 상기 제 2 소스 노드로 전송되고 상기 제 2 소스 노드의 수신 빔포밍 벡터가 적용된 신호(r S2)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
상기 제 2 소스 노드에서 상기 제 2 신호를 제거한 신호(r S2')는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
여기서, 인, 릴레이 통신 방법.
5. The method of claim 4,
A signal (r S2 ) transmitted from the relay to the second source node and to which the reception beamforming vector of the second source node is applied is defined by the following equation,
A signal (r S2 ') obtained by removing the second signal from the second source node is defined by the following equation,
here, In, relay communication method.
상기 제 1 소스 노드의 송신 빔포밍 벡터(tS1)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
상기 제 1 수신 빔포밍 벡터(wR1)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
은 아래의 수학식과 같이 정의되는,
,
릴레이 통신 방법.
6. The method of claim 5,
The transmit beamforming vector (t S1 ) of the first source node is defined by the following equation,
The first reception beamforming vector w R1 is defined as in the following equation,
is defined as the formula below,
,
Relay communication method.
상기 제 2 소스 노드의 송신 빔포밍 벡터(tS2)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
상기 제 2 수신 빔포밍 벡터(wR2)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
는 아래의 수학식과 같이 정의되는,
,
릴레이 통신 방법.
7. The method of claim 6,
The transmit beamforming vector (t S2 ) of the second source node is defined by the following equation,
The second reception beamforming vector w R2 is defined as in the following equation,
is defined as the formula below,
,
Relay communication method.
상기 릴레이의 상기 제 1 소스 노드로의 송신 빔포밍 벡터(wT,S1)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
상기 제 1 소스 노드의 수신 빔포밍 벡터(rS1)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
는 아래의 수학식과 같이 정의되는,
,
릴레이 통신 방법.
8. The method of claim 7,
The transmission beamforming vector (w T, S1 ) of the relay to the first source node is defined as the following equation,
The reception beamforming vector r S1 of the first source node is defined by the following equation,
is defined as the formula below,
,
Relay communication method.
상기 릴레이의 상기 제 2 소스 노드로의 송신 빔포밍 벡터(wT,S2)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
상기 제 2 소스 노드의 수신 빔포밍 벡터(rS2)는 아래의 수학식과 같이 정의되고,
는 아래의 수학식과 같이 정의되는,
,
릴레이 통신 방법.
9. The method of claim 8,
A transmission beamforming vector (w T, S2 ) of the relay to the second source node is defined by the following equation,
The reception beamforming vector r S2 of the second source node is defined by the following equation,
is defined as the formula below,
,
Relay communication method.
상기 릴레이의 송신 빔포밍 행렬(WT)은 아래의 수학식과 같이 정의되는,
,
릴레이 통신 방법.
10. The method of claim 9,
The transmission beamforming matrix (W T ) of the relay is defined by the following equation,
,
Relay communication method.
트랜시버;
메모리; 및
프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 트랜시버를 통하여 제 1 시간 슬롯에서 제 1 소스 노드(S1)로부터 수신된 제 1 신호(xS1), 제 2 소스 노드(S2)로부터 수신된 제 2 신호(xS2) 및 상기 릴레이(R)의 자기 간섭 신호를 포함하는 수신 신호(r∈)를 상기 메모리에 저장하고;
상기 메모리에 저장된 신호에 제 1 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 상기 릴레이의 자기 간섭 신호 및 상기 제 2 신호의 영향을 제거하여 상기 제 1 신호를 검출하고;
상기 메모리에 저장된 신호에 상기 검출된 제 1 신호를 제거한 후 제 2 수신 빔포밍 벡터를 적용하여 상기 제 2 신호를 검출하고;
상기 검출된 제 1 신호 및 상기 검출된 제 2 신호를 합성한 신호(xR)를, 상기 트랜시버를 통하여 제 2 시간 슬롯에서 상기 제 1 소스 노드 및 상기 제 2 소스 노드로 전송하도록 설정되는,
릴레이 장치.
A relay device for performing communication in a full-duplex bidirectional relay network, comprising:
transceiver;
Memory; and
including a processor;
The processor is
A first signal (x S1 ) received from a first source node (S 1 ) in a first time slot through the transceiver, a second signal (x S2 ) received from a second source node (S 2 ) and the relay ( storing the received signal (r ∈ ) including the self-interference signal of R) in the memory;
detecting the first signal by applying a first reception beamforming vector to the signal stored in the memory to cancel the influence of the self-interference signal of the relay and the second signal;
removing the detected first signal to the signal stored in the memory and then detecting the second signal by applying a second reception beamforming vector;
configured to transmit a signal (x R ) obtained by combining the detected first signal and the detected second signal to the first source node and the second source node in a second time slot through the transceiver,
relay device.
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