KR20230128720A - 위성망에서 사용자 단말의 신호강도 향상을 위한 사용자 협력 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서의 위성망에서 사용자 단말의 신호강도 향상을 위한 사용자 협력 방법은 NOMA 신호 기반의 MRT 기술을 이용하여 위성으로부터 두 사용자에게 신호를 전송하는 단계, 강한 사용자 측에서 전송된 신호로부터 약한 사용자 신호 추출 후 디코딩 및 인코딩을 수행하여 상기 약한 사용자 신호를 전송하는 단계, 약한 사용자 측에서 위성으로부터 수신한 신호는 노이즈 처리하고, 강한 사용자 측에서 수신된 신호와 비교하여 원하는 정보의 신호를 선택 후 디코딩하는 단계를 포함한다.

Description

위성망에서 사용자 단말의 신호강도 향상을 위한 사용자 협력 방법{METHOD OF USER-COOPERATION TO IMPROVE THE SIGNAL STRENGTH OF THE USER TERMINAL IN SATELLITE NETWORK}

본 명세서는 위성망에서 사용자 단말의 신호강도 향상을 위한 사용자 협력 방법에 관한 것이다.

위성-지상망의 범위에서는 기존의 무선 통신 시스템에서 전통적인 OMA 방식을 활용하는 것이 문헌에서 주로 고려되어 왔다. 그러나 이러한 방식은 안정적인 서비스를 요청하는 각 사용자에게 개별 자원(시간/주파수/코드)을 할당합니다. 위성의 다중 빔을 기반으로 광대한 영역 내에서 많은 사용자에게 서비스를 제공한다는 점을 고려하면 OMA 방식은 높은 스케줄링 지연과 큰 스펙트럼 요구 사항을 야기합니다.

다행히 NOMA 방식은 위성-지상파 네트워크 영역에서 학계와 산업계의 많은 관심을 받고 있다. NOMA 원칙에 따르면 많은 사용자가 동시에 비직교 방식으로 동일한 리소스를 공유할 수 있으므로 고려되는 시스템에 높은 스펙트럼 효율성과 낮은 대기 시간을 제공할 수 있습니다. 그러나 처리량과 사용자 공정성(수신 전력 방식) 간에는 절충점이 있습니다. 반면 NOMA는 다른 전력 할당을 가진 사용자의 신호를 중첩하기 때문에 MAI를 가져옵니다. 이 MAI는 SIC 기술을 사용하여 완화할 수 있지만 사용자 수가 증가할수록 일부 사용자의 성능이 저하됩니다. 따라서 위에서 언급한 이러한 문제는 시스템 특성화 측면에서 사전에 고려되어야 한다.

이 발명의 목적은 파워 도메인 NOMA 기반 위성-지상 네트워크에서 강력한 사용자의 협력을 활용하고 MRT가 다양성 기술을 전송함으로써 원하는 신호에 극단적인 파괴적인 페이딩 효과를 일으키는 장애물에 의해 손상되는 약한 사용자에게 의도된 정보의 품질을 향상시키는 것이다.

본 명세서의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 명세서의 위성망에서 사용자 단말의 신호강도 향상을 위한 사용자 협력 방법은 NOMA 신호 기반의 MRT 기술을 이용하여 위성으로부터 두 사용자에게 신호를 전송하는 단계, 강한 사용자 측에서 전송된 신호로부터 약한 사용자 신호 추출 후 디코딩 및 인코딩을 수행하여 상기 약한 사용자 신호를 전송하는 단계, 약한 사용자 측에서 위성으로부터 수신한 신호는 노이즈 처리하고, 강한 사용자 측에서 수신된 신호와 비교하여 원하는 정보의 신호를 선택 후 디코딩하는 단계를 포함한다.

이 발명의 목적은 파워 도메인 NOMA 기반 위성-지상 네트워크에서 강력한 사용자의 협력을 활용하고 MRT가 다양성 기술을 전송함으로써 원하는 신호에 극단적인 파괴적인 페이딩 효과를 일으키는 장애물에 의해 손상되는 약한 사용자에게 의도된 정보의 품질을 향상시키는 것이다.

도 1은 채널 자원을 기반으로한 OMA와 NOMA의 비교를 나타낸 도면이다.
도 2는 SIC가 있는 2-유저 NOMA 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 SC 기술의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 MRT 기술의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 HS에서 정전 확률 성능과 평균 SNR에 대한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 6은 AS에서 정전 확률 성능과 평균 SNR에 대한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 7은 LS에서 정전 확률 성능과 평균 SNR에 대한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명에서 제안하는 전력 영역 NOMA 기반 위성-지상 네트워크에서 사용자 협력을 예시하는 시스템 모델을 나타낸 도면이다.
도 9, 10 및 11은 위성, 강한 사용자 및 약한 사용자 유닛에서 프로세스의 단계를 나타내는 흐름도이다.
도 12, 13 및 14는 각각 위성, 강한 사용자 및 약한 사용자 유닛에서의 하드웨어 구조를 예시하는 다이어그램이다.

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, A, B 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 전력 도메인 하향링크 2-사용자 NOMA(non-orthogonal multiple access) 기반 위성-지상 네트워크에서 약한 사용자의 수신 정보를 개선하기 위해 송수신 다이버시티 방법과 함께 사용자 협력 방법을 활용하는 것에 관한 것이다.

차세대 스마트 장치의 수가 폭발적으로 증가함에 따라 위성 통신은 5G 및 그 이상과 같은 다가오는 무선 통신 시스템에서 방대한 연결성을 제공할 것으로 예상됩니다. 위성은 광대한 커버리지와 초고속 방송을 제공할 뿐만 아니라 특히 지상파 기지국(BS) 구축이 불편한 농촌 지역에서 안정적인 통신을 보장합니다. 5G 및 차세대 무선 통신 이상의 범위에서 수많은 사용자에게 서비스를 제공한다는 관점에서 기존의 다중 액세스 방식(시분할 다중 액세스, 주파수- 분할 다중 액세스, 코드 분할 다중 액세스 및 직교 주파수 분할 다중 액세스)는 불행히도 요구 사항을 충족하기에 충분하지 않습니다. 따라서 위성-지상 네트워크에서 전력 영역 NOMA 방식을 활용하는 것은 OMA 방식의 격차를 메울 수 있는 가장 유망한 솔루션 중 하나가 되었습니다.

OMA와 달리 그림 1에서 볼 수 있듯이 NOMA는 서로 다른 적절한 전력 수준을 할당하여 동일한 리소스(예: 시간/주파수/코드) 내에서 여러 사용자에게 동시에 서비스를 제공할 수 있습니다. 사용자의 정보 중첩으로 인해 수신기에서 어느 정도의 다중 액세스 간섭(MAI)이 발생합니다[1]. MAI 문제를 해결하기 위해 사용자는 SIC(연속 간섭 제거, successive interference cancellation) 방식을 사용하여 관련 사용자가 원하는 정보를 분리합니다. 보다 구체적으로, 일반성을 잃지 않고 NOMA를 적용하는 송신기(BS일 수 있음)는 사용자에게 서비스 우선 순위를 결정하기 위해 효과적인 채널 품질과 반대로 오름차순으로 사용자에게 명령합니다. 2 사용자 시나리오에서 기지국은 첫 번째 사용자를 채널 품질이 더 나쁜 약한 사용자로 결정하고 두 번째 사용자를 채널 품질이 더 좋은 강한 사용자로 결정합니다. 또한 사용자의 공정성을 보장하기 위해 약한 사용자에게 더 많은 권한 수준을 할당합니다. 따라서 NOMA는 자원 효율성을 향상시켜 OMA보다 높은 시스템 용량을 달성할 수 있습니다. 그러나 그림 2와 같이 강한 사용자는 수신된 신호에서 약한 사용자의 정보를 추출하기 위해 SIC 방식을 적용해야 한다.

본 발명에서 강한 사용자는 약한 사용자의 신뢰성을 향상시키기 위해 DF(decode-and-forward) 중계기 역할을 한다. 무선 통신에서 중계국은 직접 링크가 없거나 전송 링크를 개선할 때 송신기와 수신기 사이의 전송 연속성을 보장하는 데 사용됩니다. 릴레이에서 송수신 프로세스는 서로 다른 주파수 대역에서 두 개의 타임 슬롯으로 나뉩니다. 게다가, 릴레이는 수신된 신호를 전송하기 위해 특정 방법을 채택하고 수신된 신호를 처리하기 위해 특정 프로토콜을 적용해야 합니다. DF 프로토콜은 기존 문헌에서 가장 많이 활용되는 프로토콜입니다. DF 중계기는 수신된 신호를 먼저 디코딩한 다음, 디코딩된 신호를 재인코딩하여 목적지로 전송합니다.

강력한 사용자는 NOMA 원리에 따라 SIC 방식을 적용하고 이미 약한 사용자의 정보를 디코딩하므로 DF 중계 프로토콜은 강한 사용자가 활용하기에 가장 편리한 프로토콜입니다. 보다 구체적으로, 약한 사용자는 위성에서 보내는 신호를 차단하는 장애물에 의해 손상될 수 있습니다. 따라서 약한 사용자 측면에서 사용자 협력을 적용하는 것이 합리적입니다. 첫 번째 전송 단계에서 위성은 중첩된 NOMA 신호를 두 사용자에게 동시에 전송합니다. 강한 사용자는 먼저 SIC 기술을 적용하여 약한 사용자의 정보를 감지한 다음 자신의 정보를 디코딩합니다. 2단계에서는 Strong User가 SIC 과정에서 Strong User가 감지한 Weak User의 정보를 다시 인코딩하여 Weak User에게 전송한다. 본 발명에서, 약한 사용자의 직접 링크(위성-약한 사용자) 및 중계 링크(위성-강한 사용자-약한 사용자)로부터 수신된 신호는 선택 결합(SC, Selection Combining) 기술에 따라 결합된다.

그림 3에 제공된 SC 기술에서는 직접 링크와 중계 링크(경로 및/또는 분기) 모두의 채널을 지속적으로 모니터링하고 링크와 관련된 수신 순간 신호 대 잡음비(SNR)를 계산합니다. 그런 다음 수신기에서 가장 높은 순시 수신 SNR을 제공하는 전송 링크를 선택합니다. 따라서 공간 다이버시티의 이점을 유지하여 하나의 무선 주파수(RF) 체인만 사용됩니다. 수신기 구조는 다른 수신기 다이버시티 기술보다 덜 복잡합니다.

또한, 본 발명의 위성은 위성-지상 링크에서의 과도한 경로 손실 및 페이딩 효과를 극복함으로써 전송 품질을 강화하기 위해 도 4에 도시된 최대 비율 전송(maximal-ratio transmission, MRT)으로 명명된 송신 다이버시티 기술을 이용하는 것을 고려한다. 보다 구체적으로, MRT 기술은 송신기 측에서 다중 RF 체인을 사용하여 다중 안테나를 배치하는 것을 기반으로 합니다.

무선 환경에서는 전송 링크에 많은 파괴적인 영향이 있습니다. 페이딩은 목적지에서 수신된 신호를 극도로 약화시키는 가장 파괴적인 효과 중 하나입니다. 이를 극복하기 위해 여러 개의 독립적인 페이딩 경로를 사용하는 것이 문헌에서 가장 효율적인 치료법 중 하나가 되었으며 따라서 동일한 신호의 여러 복제본이 독립적인 페이딩 효과에 노출될 수 있습니다. MRT 기술은 송신기 노드에서 다중 안테나를 사용하여 다중 독립 경로 생성을 보장합니다. 또한 모든 안테나에서 전송되는 동일한 신호에 가중치를 할당하여 목적지 노드에서 수신되는 신호를 더욱 향상시킨다. 이러한 가중치는 목적지 노드에 의해 공급되는 순간적인 전체 CSI(모든 송신 안테나와 수신 안테나 사이)에 따라 특정 방식으로 결정됩니다.

제안된 발명에서는 MAI 수준과 성능 저하에 영향을 덜 받는 시스템을 위해 2-user NOMA 방식을 고려한다.

더욱이, 본 발명에서 고려되는 MRT 기술과 같은 다중 안테나 기술은 개선된 시스템 용량 및 다이버시티 이득을 제공한다. 지상파 시스템에 다중 안테나 기술을 적용한 경험을 통해 이러한 기술을 위성-지상 네트워크에 적용하는 것이 합리적입니다. 따라서 이 문제에 대해 문헌에서 많은 조사가 수행되었습니다. MRT 기법은 이 정보에 따라 가중치가 결정되기 때문에 송신기는 순시 CSI를 알아야 한다. 따라서 위성-지상 채널의 경로 손실 특성이 커서 전파 지연이 크기 때문에 완벽한 CSI를 얻기가 어려울 수 있다. 따라서 이러한 단점은 시스템 특성화 측면에서 미리 고려되어야 합니다.

강력한 사용자는 약한 사용자의 신호도 디코딩하므로 사용자 협력 방법은 약한 사용자를 지원하기 위해 문헌에서 NOMA 방식의 범위에서 이미 사용되었습니다. 그럼에도 불구하고 위성-지상 통신의 영역에서, 특히 다중 안테나 기술과 함께 사용하는 경우 이 문제에 대한 연구는 적다. 사용자 협력을 통해 약한 사용자는 위성-지상 채널에 비해 전파 손실이 적은 지상파 채널을 통해 정보의 복제본을 수신할 수 있습니다.

또한 위성과 약한 사용자 간의 연결이 장애물에 의해 차단된 경우 사용자 협력을 통해 위성과 약한 사용자 간의 통신 연속성을 보장할 수 있습니다. 그러나 고려되는 시스템에서 종단 간 통신을 위해서는 두 번째 단계가 필요합니다. 또한 강한 사용자가 약한 사용자의 정보를 해독할 수 없는 경우 약한 사용자는 강한 사용자로부터 잘못된 신호를 받습니다. 따라서 잘못된 디코딩 과정으로 인해 오류 확률이 증가할 수 있습니다. 따라서 이러한 단점은 시스템 특성화 측면에서 미리 고려되어야 합니다.

제안된 발명에서 SC 기술은 약한 사용자의 수신기에서 직접 링크와 중계 링크에서 수신된 신호를 결합하는 것으로 간주됩니다. SC는 OMA 기반의 기존 시스템 범위에서 잘 알려진 기술이다. SC는 RF 체인에만 필요하고 수신기에 적용하기 쉽기 때문에 다른 수신 다이버시티 기술보다 하드웨어가 덜 복잡합니다. 원하는 정보를 디코딩하는 데 가장 적합한 링크를 선택하기 때문에 다른 링크에서 오는 신호는 간과됩니다.

따라서 실제로 신호의 하나의 복제본은 디코딩에 사용되지 않으며, 이는 다른 수신 다이버시티 기술에 비해 오류 성능이 어느 정도 저하됩니다. 그럼에도 불구하고 하드웨어 복잡성 감소가 소형 스마트 사용자 장비 측면에서 가장 중요한 문제라는 점은 주목할 가치가 있습니다.

이 발명의 목적은 파워 도메인 NOMA 기반 위성-지상 네트워크에서 강력한 사용자의 협력을 활용하고 MRT가 다양성 기술을 전송함으로써 원하는 신호에 극단적인 파괴적인 페이딩 효과를 일으키는 장애물에 의해 손상되는 약한 사용자에게 의도된 정보의 품질을 향상시키는 것이다.

위성은 스펙트럼 효율성과 처리량을 높이는 것을 목표로 NOMA 방식을 사용하여 동일한 자원 내에서 여러 사용자에게 동시에 서비스를 제공하고 MRT 기술을 적용하여 위성 환경에서 발생하는 무거운 경로 손실 및 페이딩 효과를 극복합니다. 이와 관련하여 여러 사용자가 무거운 채널 조건에 대해 공정한 서비스와 견고함을 받을 수 있습니다.

강한 사용자는 위성에서 보내는 신호를 차단하는 장애물에 의해 손상된 약한 사용자의 수신 정보를 개선하기 위해 DF(decode and forward) 중계기 역할을 합니다. 이와 관련하여 사용자의 협조로 인해 다이렉트 링크가 과도한 채널 상태를 겪는 경우 약한 사용자에 대해 중단 없이 안정적인 통신을 제공할 수 있습니다.

약한 사용자의 수신기는 원하는 정보를 디코딩하는 데 사용해야 하는 링크(직접 또는 중계 링크)에서 오는 신호를 결정하기 위해 SC 기술을 사용합니다. 이와 관련하여 가장 높은 SNR을 제공하는 최상의 링크가 디코딩에 사용됩니다. 따라서 약한 사용자는 항상 덜 복잡한 하드웨어 구조로 고품질 신호를 수신하는 것을 즐깁니다.

본 발명에서 고려하는 위성은 NOMA 및 MRT 방식을 적용하기 위해 위성-지상 링크에 속하는 순시 CSI를 알아야 한다. 실제 전송이 시작되기 전에 사용자는 지속적으로 상향링크 기간에 위성에 파일럿 심볼을 전송합니다. 위성은 최소 평균 제곱 또는 최소 제곱과 같은 특정 방법에 따라 위성 약한 사용자()와 위성 강한 사용자()의 링크에서 채널 계수를 추정합니다. 그런 다음 위성은 관계에 따라 사용자를 주문합니다. 여기서 제곱 유클리드 규범은 해당 링크의 유효 채널 이득을 나타내고, 는 추정된 채널 계수를 사용하여 어떤 사용자가 우선 순위를 가져야 하는지를 결정함으로써 링크 X의 채널 계수 벡터를 나타냅니다.

이에 따라 채널 이득이 더 나쁜 사용자를 약한 사용자로 판단한다. 일반성을 잃지 않고 위성은 사용자의 공정성을 보장하기 위해 전력 레벨을 ()로 할당한다고 가정합니다. 마지막으로 위성은 사용자 주문 정보를 모든 사용자에게 동시에 전송합니다.

한편, 위성은 가중계수 벡터를 및 로 결정하고, 에서 H는 MRT 기법을 적용하기 위한 Hermitian transpose를 나타내고 는 송신 안테나의 개수를 나타낸다. 이러한 가중치 벡터를 사용하면 위성에 있는 여러 안테나의 전파가 해당 사용자에게 개별적으로 집중되므로 사용자는 더 집중된 전력으로 신호를 수신하게 됩니다. 마지막으로 위성은 중첩 신호 를 전송합니다. 여기서는 위성의 전송 전력이고 ()는 약한 사용자(강한 사용자)의 인코딩된 기호로 두 사용자에게 동시에 표시됩니다.

강한 사용자는 먼저 약한 사용자의 정보를 디코딩한 다음 SIC 방법에 따라 수신된 신호에서 이를 뺍니다. 강한 사용자가 약한 사용자의 신호를 감지할 수 있음을 나타내는 순시 신호 대 간섭 대 잡음비(SINR)는 로 표시됩니다. 이 과정을 거친 후 강력한 사용자는 자신의 정보를 해독합니다. 따라서 순시 SINR은 강한 사용자가 자신의 신호를 감지할 수 있음을 의미하며 로 표현됩니다. 사용자 협력과 관련하여 강력한 사용자는 약한 사용자의 정보를 다시 인코딩한 다음 지상 채널을 통해 약한 사용자에게 전달합니다. 이 프로세스는 DF 중계 프로토콜에 따라 관리됩니다. 이 전송 단계는 단일 입력 단일 출력 방식으로 간주될 수 있습니다. 따라서 강한 사용자로부터 전송되는 신호는 이다.

약한 사용자는 전송의 첫 번째 단계에서 강한 사용자의 정보를 노이즈로 처리하여 SIC 방법을 적용하지 않고 자신의 신호를 감지합니다. 따라서 순시 SINR은 약한 사용자가 자신의 신호를 감지할 수 있음을 나타내며 로 표현됩니다. 두 번째 전송 단계에서 약한 사용자는 강한 사용자로부터만 신호를 받습니다. 순시 SNR은 약한 사용자가 전송의 두 번째 단계에서 자신의 신호를 감지할 수 있음을 나타내며 로 표시됩니다. 마지막으로 SC 기법에 따르면 수신기의 출력에서 종단간 SINR(또는 SNR)은 로 구합니다. 이후, 상술한 최대화의 결과에 따라 선택된 링크로부터 오는 신호를 이용하여 정확한 디코딩 과정을 수행한다.

본 발명의 해석 및 시뮬레이션 결과는 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 5, 6, 7. 시뮬레이션 환경은 5G 및 차세대를 넘어선 범위의 위성-지상 무선 통신 환경이다. 제안된 발명의 성능을 평가하기 위해 정전 확률 성능 메트릭을 조사합니다.

정전 확률은 종단 간 SINR이 필요한 임계값 아래로 떨어질 확률로 정의될 정도로 무거운 채널 조건(즉, 페이딩)에 노출된 무선 네트워크에 대한 통찰력을 제공함으로써 시스템을 미리 특성화하는 가장 중요한 성능 메트릭 중 하나이다.

이 메트릭을 사용하면 종단 간 통신이 중단될 수 있는 조건에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다. 강한 사용자의 관점에서 보면, 강한 사용자가 약한 사용자의 신호나 그 신호를 해독할 수 없을 때 중단이 발생합니다. 반면에 약한 사용자의 경우 두 가지 중단 이벤트가 발생할 수 있습니다. 그 중 하나는 직접 링크에 있고 다른 하나는 중계 링크에 있습니다. 직접 링크의 중단 이벤트는 약한 사용자가 자신의 신호를 디코딩할 수 없기 때문에 정의할 수 있습니다. 약한 사용자는 SIC를 적용하지 않습니다. 다른 중단 이벤트는 강한 사용자가 약한 사용자의 신호를 디코딩하지 못하거나 약한 사용자가 협력 링크에서 수신된 신호에서 자신의 신호를 디코딩하지 못하는 것입니다. 따라서 약한 사용자에게 적용된 SC 기법을 기반으로 직접 링크와 중계 링크에서 발생한 정전 확률을 곱하여 약한 사용자의 정전 확률을 찾습니다.

성능 평가를 위해 위성은 이동성이 없는 정지궤도(GEO) 위성으로 가정한다. 위성의 매개변수는 무선통신기술을 표준화하는 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 기술보고서에 따라 결정된다[2]. 위성은 2GHz 캐리어 주파수와 15MHz 대역폭에서 작동하며 고도는 35786km입니다. 위성이 약한 사용자와 강한 사용자에게 할당하는 정규화된 전력 수준은 각각 and , 로 설정되며 목표 비율은 BPCU and BPCU 입니다. (BPCU: 사용 중인 채널당 비트 수). 위성-지상 채널 환경은 [3]에서 제안된 Shadowed-Rician 페이딩에 의해 모델링되며, 이는 수학적 처리성을 제공할 뿐만 아니라 위성 채널을 매우 정확하게 특성화합니다. 이 채널 모델을 사용하여 본 발명에서 제안하는 네트워크의 성능은 HS(Heavy Shadowing), AS(Average Shadowing) 및 LS(Light Shadowing)라는 세 가지 채널 조건에 따라 관찰됩니다. HS는 비관적인 경우이고 LS는 위성 채널 환경에서 낙관적인 경우입니다. 모든 그림에는 제안된 사용자 협력 방법의 우수성을 입증하기 위해 비협조(No coop.) 시나리오의 곡선도 표시되어 있습니다.

도 5, 6, 7은 각각 N_S=1(위성에서 MRT 기술이 적용되지 않음을 의미함) 및 N_S=2(또한 MRT 기술은 위성에서 적용됩니다). 모든 그림에서 볼 수 있듯이, 강한 사용자(U_2)의 협력으로 약한 사용자(U_1)의 성능은 비-사용자 협력의 경우에 비해 크게 향상될 수 있다.

또한 HS 및 LS 조건의 경우 미만의 정전 확률 값에서 U_2가 U_1보다 우수한 성능을 나타냅니다. 이러한 관찰의 이유는 U_2가 더 높은 채널 이득을 가지므로 MRT 기술의 이점으로 인해 더 나은 빔포밍 효과와 다이버시티 이득을 받기 때문입니다. 또한, 비 사용자 협력의 경우 and 구성을 비교할 때 U_1이 가장 좋은 성능 향상을 보입니다.

도 8은 본 발명에서 고려되는 2-사용자 NOMA 기반 위성-지상 네트워크에 대한 MRT 및 SC 다이버시티 기술과 함께 사용자 협력 방법을 예시한다. 도 8에 도시된 바와 같이 다중 안테나(N_S)가 장착된 위성은 NOMA 기반 전송 및 MRT 전송 다이버시티 기법을 적용하여 단일 안테나를 장착한 두 개의 지상 사용자(U_1 및 U_2)에게 서비스를 제공한다. end-to-end 전송의 첫 번째 단계에서 위성은 MRT 기술을 이용하여 두 사용자 모두에게 의도된 신호의 중첩 버전인 NOMA 신호를 전송합니다. 이 단계에서 채널 상태가 나쁜 약한 사용자(U_1)는 채널 상태가 좋은 강한 사용자(U_2)의 신호를 SIC 방법을 적용하지 않고 노이즈로 처리하여 자신의 신호를 감지합니다.

반면에 강한 사용자는 수신된 신호에서 약한 사용자의 신호를 감지하고 추출하기 위해 SIC 방법을 적용해야 합니다. 따라서 강한 사용자는 약한 사용자에 해당하는 신호를 먼저 디코딩한 다음 수신된 신호에서 약한 사용자의 디코딩된 신호를 추출하여 자신의 신호를 디코딩합니다. 두 번째 단계에서는 강한 사용자가 이미 약한 사용자의 신호를 복호화했기 때문에 디코딩된 신호를 다시 인코딩하여 약한 사용자에게 DF 릴레이 역할을 하여 전송합니다. 두 번째 단계에서는 위성이 무음이라고 가정하므로 약한 사용자는 강한 사용자로부터만 정보를 받습니다. 그런 다음 SC 수신 다이버시티 기법을 적용하여 약한 사용자에서 위성에서 수신된 신호와 강한 사용자를 결합합니다. 이 단계에서 약한 사용자의 수신기는 직접 및 중계 링크에서 SNR을 계산한 다음 가장 높은 SNR을 제공하는 링크에서 오는 정보를 사용하여 결정합니다. 이후 약한 사용자는 자신의 정보를 해독합니다.

예를 들어 정전 확률 값이 and 인 경우 HS 조건에 대해 27dB SNR 이득을 얻을 수 있는 반면 AS 및 LS 조건에 대해 각각 22dB 및 18.5dB SNR 이득을 얻을 수 있습니다. 이는 도시 지역을 고려할 때 중요한 채널 효과인 HS 조건에서 사용자 협력이 성능 향상에 더 효과적임을 의미한다. 한편, 위성의 안테나 수가 증가할수록 U_2는 U_1보다 사용자 협력 시나리오의 경우 더 많은 성능 향상을 보이므로 U_2의 정전 확률 성능은 낮은 OP 값에서 U_1의 정전 확률 성능에 근접합니다.

도 9, 10 및 11은 위성, 강한 사용자 및 약한 사용자 유닛에서 프로세스의 단계를 나타내는 흐름도를 제공합니다. 이러한 흐름도의 정보는 또한 본 발명의 관련 부분에서 상세하게 제공됩니다. 무화과 도 12, 13 및 14는 각각 위성, 강한 사용자 및 약한 사용자 유닛에서의 하드웨어 구조를 예시하는 다이어그램을 제공한다.

본 발명에서 고려되는 2-사용자 NOMA 기반 위성 네트워크는 다수의 사용자 사례로 일반화될 수 있다는 점에 유의할 가치가 있다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (1)

1. NOMA 신호 기반의 MRT 기술을 이용하여 위성으로부터 두 사용자에게 신호를 전송하는 단계;
   강한 사용자 측에서 전송된 신호로부터 약한 사용자 신호 추출 후 디코딩 및 인코딩을 수행하여 상기 약한 사용자 신호를 전송하는 단계;
   약한 사용자 측에서 위성으로부터 수신한 신호는 노이즈 처리하고, 강한 사용자 측에서 수신된 신호와 비교하여 원하는 정보의 신호를 선택 후 디코딩하는 단계를 포함하는
   위성망에서 사용자 단말의 신호강도 향상을 위한 사용자 협력 방법.