KR101205607B1 - 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법 및 이를 이용하는 무선 통신 시스템, 이를 위한 기록 매체 - Google Patents

멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법 및 이를 이용하는 무선 통신 시스템, 이를 위한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법 및 이를 이용하는 무선 통신 시스템, 이를 위한 기록 매체를 공개한다. 본 발명은 2단 멀티홉 협력 전송을 수행하는 무선 통신 시스템에서 전송 용량을 최대화 할 수 있도록 복수개의 중계기 중 소정 개수의 중계기를 선택하는 방법과 선택 방법의 복잡도를 낮출 수 있는 방법을 제공하여 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 성능을 극대화하고, 복수개의 중계기를 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법 및 이를 이용하는 무선 통신 시스템, 이를 위한 기록 매체{Optimization method for multi-hop wireless cooperative transmission network, wireless network system using the same and recording medium for the same}
본 발명은 무선 통신 시스템의 최적화 방법 및 이를 이용하는 무선 통신 시스템, 이를 위한 기록 매체에 관한 것으로, 특히 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법 및 이를 이용하는 무선 통신 시스템, 이를 위한 기록 매체에 관한 것이다.
중계기(Relay Station)는 무선 통신 시스템에서 음영 지역 해소를 위해 도입된 기술로서 널리 사용되고 있다. 기존의 중계기는 단순히 리피터(repeter)의 기능만을 수행하였으나 최근에는 지능화된 형태로 발전하고 있다.
특히 무선 통신 시스템이 점점 더 높은 대역의 주파수를 사용함에 따라 전파의 특성은 직진성이 높아지게 되고, 따라서 도심 건물 등의 인공 지형물로 인한 음영 지역이 많이 발생하게 된다. 음영 지역에서 수신되는 신호의 세기는 매우 약하기 때문에 이는 신호대 잡음비(SNR)의 저하를 야기하게 되고, 결과적으로 통신 서비스의 품질이 저할 될 수 있다. 이러한 음영 지역을 줄이기 위해서 무선 통신 시스템이 더 많은 기지국(Base station)을 구비할 수 있으나, 기지국은 높은 초기 비용을 필요로 하고, 백홀 링크(backhaul link)의 대여 및 유지에 많은 비용을 요구하므로 적절한 방안이 되기 어렵다.
이에 대한 해결방안으로 제시된 중계기는 기지국과 단말 사이를 이어주는 중계 역할을 수행한다. 그리고 무선 통신 시스템에서 기지국이 직접 단말과 통신하는 경우에 단일홉(single hop)전송이라 부르며, 기지국이 중계기를 통해 단말과 통신하는 경우에는 홉 수가 2 이상이므로 멀티홉 전송이라고 부른다.
본 발명의 목적은 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하는 무선 통신 시스템을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법은 하나 또는 그 이상의 소스 노드, 복수개의 중계 노드 및 하나 또는 그 이상의 목적 노드를 구비하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법에 있어서, 가능한 모든 구성의 디코딩 집합 각각에 대한 디코딩 전송 용량과 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계, 및 상기 계산된 디코딩 전송 용량 중 최대값을 갖는 최대 전송 용량이 상기 무선 통신 시스템의 최적 전송 용량으로 획득되고, 상기 최적 전송 용량에 대응하는 상기 송신 빔 포밍 벡터와 상기 디코딩 집합이 각각 최적 송신 빔 포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 획득되는 단계를 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 디코딩 전송 용량과 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계는 상기 복수개의 중계 노드 중 상기 소스 노드로부터 신호를 수신할 수 있는 중계 노드의 집합인 상기 유효 중계 노드 집합에 포함되는 상기 중계 노드의 집합인 디코딩 집합이 가능한 모든 구성으로 설정되는 단계, 설정된 상기 디코딩 집합 각각에 대한 상기 디코딩 전송 용량이 계산되는 단계, 및 상기 계산된 디코딩 전송 용량 각각에 대응하는 상기 송신 빔 포밍 벡터가 계산되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 디코딩 전송 용량이 계산되는 단계는 상기 유효 중계 노드 집합의 상기 복수개의 중계 노드 각각이 상기 하나 또는 그 이상의 소스 노드로부터 수신하는 신호가 계산되는 단계, 상기 유효 중계 노드 집합에 포함되는 상기 디코딩 집합의 상기 복수개의 중계 노드가 협력을 통해 상기 목적 노드로 전송하는 신호가 계산되는 단계, 및 상기 복수개의 중계 노드 각각이 수신하는 신호와 상기 목적 노드로 전송하는 신호 중 최소값을 갖는 신호가 상기 디코딩 집합에 대응하는 상기 디코딩 전송 용량으로 계산되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 최적 디코딩 집합으로 획득되는 단계는 상기 최대 전송 용량이 초기화되는 단계, 계산된 상기 디코딩 전송 용량이 상기 이전 설정된 최대 전송 용량보다 크면, 상기 디코딩 전송 용량이 상기 최대 전송 용량으로 설정되고, 상기 설정된 최대 전송 용량에 대응하는 상기 디코딩 집합과 상기 송신 빔포밍 벡터가 각각 최대 디코딩 집합과 최대 송신 빔포밍 벡터로 설정되는 단계, 및 상기 가능한 모든 구성의 디코딩 집합에 대한 디코딩 전송 용량과 송신 빔포밍 벡터가 계산되면, 상기 최대 전송 용량이 상기 최적 전송 용량으로 획득되고, 상기 최적 전송 용량에 대응하는 상기 최대 디코딩 집합 및 상기 최대 송신 빔포밍 벡터가 각각 상기 최적 전송 용량 및 상기 최적 송신 빔포밍 벡터로서 설정되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법은 하나 또는 그 이상의 소스 노드, 복수개의 중계 노드 및 하나 또는 그 이상의 목적 노드를 구비하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법에 있어서, 상기 복수개의 중계 노드 중 상기 소스 노드로부터 신호를 수신할 수 있는 중계 노드의 집합인 상기 유효 중계 노드 집합이 디코딩 집합으로 초기화되는 단계, 상기 디코딩 집합에 대한 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계, 상기 디코딩 집합에 포함되는 상기 중계 노드 각각의 중계 전송 용량 중 최소 중계 전송 용량을 갖는 중계 노드가 최소 중계 노드로 설정되고, 상기 최소 중계 노드의 중계 전송 용량이 최소 전송 용량으로 설정되는 단계, 상기 디코딩 집합과 상기 유효 중계 노드 집합이 동일하지 않고, 상기 설정된 최소 전송 용량이 이전 설정된 최소 전송 용량보다 작으면, 이전 계산된 송신 빔포밍 벡터와 디코딩 집합이 각각 최적 빔포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 선택되는 단계, 상기 최소 전송 용량과 상기 엑세스 전송 용량이 동일하면 설정된 상기 디코딩 집합과 계산된 상기 송신 빔포밍 벡터가 각각 최적 빔포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 선택되는 단계, 디코딩 집합에 포함된 중계 노드의 개수가 1이면, 설정된 상기 디코딩 집합과 계산된 상기 송신 빔포밍 벡터가 각각 최적 빔포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 선택되는 단계, 및 최적 빔포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 선택되지 않으면, 상기 최소 중계 노드를 상기 디코딩 집합에서 제외되고, 상기 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계부터 반복하는 단계를 구비한다.
상기 목적을 달성하기 위한 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계는 상기 유효 중계 노드 집합의 상기 복수개의 중계 노드 각각이 상기 하나 또는 그 이상의 소스 노드로부터 수신하는 신호가 계산되는 단계, 상기 유효 중계 노드 집합에 포함되는 상기 디코딩 집합의 상기 복수개의 중계 노드가 협력을 통해 상기 목적 노드로 전송하는 신호가 계산되는 단계, 및 상기 복수개의 중계 노드 각각이 수신하는 신호와 상기 목적 노드로 전송하는 신호 중 최소값을 갖는 신호를 최대화하는 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법 및 이를 이용하는 무선 통신 시스템, 이를 위한 기록 매체는 2단 멀티홉 협력 전송을 수행하는 무선 통신 시스템에서 전송 용량을 최대화 할 수 있도록 복수개의 중계기 중 소정 개수의 중계기를 선택하는 방법과 선택 방법의 복잡도를 낮출 수 있는 방법을 제공하여 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 성능을 극대화하고, 복수개의 중계기를 효율적으로 사용할 수 있다.
도 1은 멀티홉 협력 전송을 수행하는 무선 통신 시스템의 일예을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법의 일예를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법의 다른 예를 나타낸다.
도 4는 소스 노드의 안테나 개수 변화에 따른 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 성능을 나타낸다.
도 5는 중계 노드 개수의 변화에 따른 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 성능을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “...부”, “...기”, “모듈”, “블록” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 멀티홉 협력 전송을 수행하는 무선 통신 시스템의 일예을 나타내는 도면으로, 2단 멀티홉 협력 전송을 수행하는 무선 통신 시스템을 도시하였다.
도1 에 도시된 무선 통신 시스템은 하나 또는 그 이상의 소스 노드(source node)(SN)와 복수개의 중계 노드(relay node)(RN) 및 하나 또는 그 이상의 목적 노드(destination node)를 구비한다. 도 1의 소스 노드(SN), 중계 노드(RN) 목적 노드(DN)는 각각 무선 통신 시스템의 기지국, 중계기 및 사용자의 단말기에 대응할 수 있다.
중계기의 중계 방식은 데이터 전달 방식(Forwarding), 다이버시티(Diversity) 등에 따라 분류될 수 있다.
데이터 전달 방식에 따른 구분은 증폭 후 전달(Amplify-and-forward), 디코딩 후 전달(Decode-and-forward), 재조합/재구성 후 전달(Reconfiguration/reallocation-and-forward) 등으로 구분될 수 있다. 증폭 후 전달 방식은 종래의 중계 방식에 적용되던 방식으로 단순히 수신 신호의 전력을 증폭하여 단말에게 전달하는 방식으로 구현이 비교적 용이하지만 수신 신호 증폭 시에 잡음도 같이 증폭되는 단점이 있다. 디코딩 후 전달 방식은 신호를 전달하기 전에 수신된 신호를 디코딩하여 에러 검출 등의 기능을 수행하고, 다시 인코딩(Reencoding)하여 단말기로 전송한다. 그리고 재조합/재구성 후 전달 방식은 중계기가 기지국의 일부 역할을 수행하는 것으로 기지국으로부터 할당 받은 무선 자원을 중계기와 단말 사이의 채널 상태에 적합하도록 재구성 및 재할당하여 전송하는 방식이다. 재조합/재구성 후 전달 방식은 채널 상태에 따른 무선 자원 운용이 가능하다는 장점이 있는 반면, 중계기의 비용 및 복잡도가 높다는 단점이 있다.
다이버시티에 따른 구분은 일반적인 중계 방식과 협력 중계(cooperative relay) 방식으로 구분될 수 있다. 일반적인 중계 방식은 하나의 경로를 따라 신호가 전달되는 형태인데 반해, 협력 중계 방식은 전파의 브로드캐스팅(Broadcasting) 성질을 이용하여 다이버시티 이득을 얻고자 제안된 방식으로 다시 단일 단계(single-stage)와 다수 단계(multi-stage)로 구분된다. 여기서 단일 단계 방식은 복수개의 중계 노드(RN)가 소스 노드(SN)로부터 신호를 받고, 신호를 수신한 중계 노드가 다른 중계 노드(RN)를 거치지 않고 목적 노드(DN)로 신호를 전송하는 방식을 말한다.
도 1에 도시된 무선 통신 시스템은 중계 노드(RN)가 소스 노드(SN)로부터 신호를 전달받아 다른 중계 노드(RN)를 거치지 않고 목적 노드(DN)로 신호를 전송하므로, 단일 단계 방식이다. 그리고 단일 단계 방식은 소스 노드(SN)로부터 목적 노드(DN)까지의 홉(hop)수는 2단이므로, 2단 멀티홉 전송이다. 또한 복수개의 중계 노드(RN)가 협력적으로 목적 노드로 신호를 전송하므로 협력 전송이다. 즉 도 1에 도시된 무선 통신 시스템은 상기한 바와 같이, 2단 멀티홉 협력 전송을 수행하는 무선 통신 시스템을 나타낸다.
무선 통신 시스템의 복수개의 중계기가 협력 전송을 지원하는 경우에, 복수개의 중계 노드(RN)가 협력적으로 목적 노드(DN)로 데이터를 전송할 수 있으므로 하향 링크(down link)의 성능을 높일 수 있는 장점이 있다. 그러나 일반적으로 중계기는 무선 자원을 효율적으로 사용하기 위하여 반이중 통신(Half-Duplex)을 지원한다. 중계기가 전이중 통신(Full Duplex)을 지원하지 않고, 반이중 통신을 지원하기 때문에 하나의 중계 노드(RN)는 동시에 같은 시간에 동일한 주파수를 이용하여 송신과 수신을 할 수 없다. 즉 중계 노드(RN)는 송신과 수신을 동시에 수행할 수 없다. 따라서 중계 노드(RN)는 일반적으로 수신을 위한 제1 시간(phase1)과 송신을 위한 제2 시간(phase2)으로 두 개의 시간(phase)을 구분하여 송신 및 수신 동작을 수행한다.
도 1에서 (a)는 제1 시간(phase1)을 나타내며, (b)는 제2 시간(phase2)을 나타낸다. 특히 무선 통신 시스템이 IEEE 802.16m 또는 IEEE 802.16j 규격에 따르는 경우에는, IEEE 802.16m 또는 IEEE 802.16j 규격에 따라 MAC 프레임이 제1 및 제2 시간(phase1, phase2)으로 두 개의 시간(phase)로 구분되어 있다. 도1(a)에 도시된 바와 같이, 제1 시간(phase1)에는 소스 노드(SN)로부터 중계 노드(RN)로 전송이 수행된다. 즉 중계 노드(RN)가 소스 노드(SN)로부터 신호를 수신한다. 그리고 도1(b)에 도시된 바와 같이, 제2 시간(phase2)에는 중계 노드(RN)로부터 목적 노드(DN)로 전송이 수행된다. 즉 중계 노드(RN)가 목적 노드(SN)로 신호를 송신한다.
상기한 바와 같이, 멀티홉 협력 전송을 수행하는 무선 통신 시스템에서는 사용 가능한 중계 노드(RN)의 개수가 복수개이다. 여기서 사용 가능한 중계 노드(RN)는 소스 노드(SN)로부터 신호를 수신할 수 있는 중계 노드(RN)를 나타낸다. 비록 도 1에서는 하나의 소스 노드(SN)만을 도시하였으나, 일반적으로 무선 통신 시스템에서 기지국은 복수개로 구비되므로, 소스 노드(SN)의 개수 또한 복수개로 표현될 수 있다. 그리고 각각의 소스 노드(SN)는 복수개의 중계 노드(RN) 중 소정 개수의 중계 노드(RN)를 사용 가능한 중계 노드(RN)로 선택하여 신호를 전송 할 수 있다. 도 1(a)에서는 사용 가능한 복수개의 중계 노드(RN)를 유효 중계 노드 집합(Available relay set)(100)으로 표현하였다. 그러나 모든 중계 노드(RN)가 목적 노드(DN)로 신호를 전송할 필요는 없다. 즉 사용 가능한 복수개의 중계 노드(RN)가 전체가 목적 노드(DN)로 신호를 전송하지 않고, 유효 중계 노드 집합(100)에서 소스 노드(SN)에서 전송된 신호를 디코딩에 성공한 하나 또는 그 이상의 중계 노드(RN)를 디코딩 집합(decoding set)(110)으로 선택하고, 선택된 중계 노드(RN)가 목적 노드(DN)로 신호를 전송한다. 여기서 소스 노드(SN)는 다중 안테나(multiple antena)를 이용한 송신 빔포밍(transmit beamforming) 기법을 이용하여 중계 노드(RN)로 신호를 전송할 수 있다.
유효 중계 노드 집합(100)에서 하나 또는 그 이상의 중계 노드(RN)가 디코딩 집합(110)으로 선택되고, 디코딩 집합(110)의 선택된 중계 노드(RN)가 목적 노드(DN)로 신호를 전송하는 이유는 무선 통신 시스템을 최적화하여 전송 용량을 증대하기 위함이다. 실제로 유효 중계 노드 집합(100)의 모든 중계 노드(RN)가 디코딩 집합(110)으로 선택되어 목적 노드(DN)로 신호를 송신하는 경우에 무선 통신 시스템의 효율성이 낮아지게 된다.
예를 들어,소스 노드(SN)가 유효 중계 노드 집합(100)의 모든 중계 노드(RN)로 신호를 전송하고, 모든 중계 노드(RN)가 목적 노드(DN)로 신호를 송신하게 되면, 제2 시간(phase2)에 중계 노드(RN)가 목적 노드(DN)로 신호를 전송할 수 있는 전송 용량은 증가하게 되지만, 제1 시간(phase1)에 소스 노드(SN)가 중계 노드(RN)로 신호를 전송할 수 있는 전송 용량은 감소하게 된다.
반대로 유효 중계 노드 집합(100)의 중계 노드(RN) 중 디코딩 집합(110)으로 선택되는 중계 노드(RN)의 개수가 작으면, 제1 시간(phase1)에 소스 노드(SN)가 중계 노드(RN)로 신호를 전송할 수 있는 전송 용량은 증가하게 되지만, 제2 시간(phase2)에 중계 노드(RN)가 목적 노드(DN)로 신호를 전송할 수 있는 전송 용량은 감소하게 된다.
따라서 멀티홉 협력 전송을 수행하는 무선 통신 시스템에서 하나 또는 그 이상의 중계 노드(RN)를 디코딩 집합(110)으로 선택하는 것은 무선 통신 시스템의 성능에 큰 영향을 미친다. 그러나 기존에는 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 성능은 주로 전송 불능 용량(outage capacity)을 기준으로 분석이 이루어졌으며, 최적화 방법에 대한 방법은 거의 수행되지 않았다.
이에 본 발명에서는 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 성능을 최적화 할 수 있는 다중 중계기 선택 방법을 제안한다. 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 성능은 제1 시간(phase1)의 전송 용량과 제2 시간(phase2)의 전송 용량의 최소값으로 결정된다. 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 성능은 제1 시간(phase1)의 전송 용량과 제2 시간(phase2)의 전송 용량의 최소값으로 결정되므로, 제1 시간(phase1)의 전송 용량과 제2 시간(phase2)의 전송 용량의 최소값을 최대화하면 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템을 최적화 할 수 있다. 그리고 본 발명에서는 전송 용량의 최소값을 최대화하기 위하여 유효 중계 노드 집합(100)에서 디코딩 집합(110)과 송신 빔포밍 벡터가 균형을 이루도록 결정되어 전송 용량의 최소값을 최대화될 수 있도록 한다. 그리고 전송 용량은 신호대 잡음비로 표현될 수 있다. 즉 신호대 잡음비를 최대화하여 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템을 최적화 할 수 있다.
본 발명의 멀티홉 무선 협력 전송을 위한 다중 중계기 선택 방법을 도 1을 참조하여 설명하면, 먼저 n개의 사용 가능한 중계 노드(RN)를 갖는 유효 중계 노드 집합(100)을 A로 정의하고, 디코딩 집합(110)을 D로 정의한다. 그리고 소스 노드(SN)에서 송신 빔포밍 벡터를 형성하기 위한 송신 안테나의 개수를 K로 정의한다. 상기한 정의를 수학적으로 표현하면 수학식 1과 같다.
Figure 112011000514219-pat00001
여기서, 소스 노드(SN)는 송신 빔포밍 벡터를 형성하기 하여 다중 안테나를 구비하고 있으며, 중계 노드(RN) 및 목적 노드(DN)는 각각 하나의 안테나를 갖는 것으로 가정한다. 즉 소스 노드(SN)와 중계 노드(RN)는 다중 입력 단일 출력(Multiple-Input Single-Output : MISO) 통신을 수행하고, 중계 노드(RN)와 목적 노드(DN)는 단중 입력 단일 출력(Single-Input Single-Output : SISO) 통신을 수행하는 것으로 가정한다. 또한 소스 노드(SN), 즉 기지국은 소스 노드(SN)와 유효 중계 노드 집합(100)의 n개의 중계 노드(RN) 각각 사이의 채널인 중계 채널(h1 ~ hn)과 n개의 중계 노드(RN) 각각과 목적 노드(DN) 사이의 채널인 엑세스 채널(g1 ~ gn)을 모두 알고 있는 것으로 가정한다.
제1 시간(phase1)에서 소스 노드는 송신 신호인 심볼(x)을 유효 중계 노드 집합(100)의 n개의 중계 노드(RN)로 송신 빔포밍 벡터(v)를 이용해서 브로드 캐스트(broadcast)한다. 이 때, i번째 중계 노드가 수신하는 신호(yr,i)는 수학식 2와 같이 표현된다.
Figure 112011000514219-pat00002
수학식 2에서 hi는 소스 노드와 i번째 중계 노드 사이의 중계 채널, v는 송신 빔포밍 벡터, ni는 hi채널 상의 노이즈, A는 유효 중계 노드 집합을 나타낸다.
그리고 제2 시간(phase2)에서 심볼(x)을 디코딩한 중계 노드들(즉, 디코딩 집합(D)에 포함되는 중계 노드들)간의 협력을 통해 목적 노드(DN)로 신호가 전송된다. 여기서 협력 전송은 phase steering 기술을 이용하는 것으로 가정한다. phase steering 기술은 "Tae Won Ban, Wan Choi, Bang Chul Jung, and Dan Keun Sung, "A Cooperative Phase Steering Scheme in Multi-Relay Node Environments," IEEE Trans. on Wireless Communications, Vol. 8, No. 1, pp. 72-77, Jan. 2009."에서 참조할 수 있다. 그러면 협력 전송에 의해 목적 노드(DN)에 수신되는 신호(yd)는 수학식 3과 같이 표현된다.
Figure 112011000514219-pat00003
수학식 3에서 gi는 i번째 중계 노드(RN)와 목적 노드(DN) 사이의 엑세스 채널, nd는 gi채널 상의 노이즈, D는 디코딩 집합을 나타낸다.
목적 노드(DN)에 수신되는 신호(yd)를 최대화하기 위하여 본 발명에서는 디코딩 집합(D)이 고정된 것으로 가정하고, 송신 빔포밍 벡터(v)의 최적화를 먼저 계산한다. 송신 빔포밍 벡터(v)의 최적화는 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112011000514219-pat00004
수학식 4에서
Figure 112011000514219-pat00005
는 n번째 중계 노드(RN)가 소스 노드(SN)로부터 수신하는 신호의 전송 용량, 즉 제1 시간(phase1)의 전송 용량으로서 중계 전송 용량(γn)로, 그리고
Figure 112011000514219-pat00006
은 n개의 중계 노드(RN)로부터 목적 노드(DN)가 수신하는 신호의 전송 용량, 즉 제2 시간(phase2)의 전송 용량으로서 엑세스 전송 용량(γ0)로 표현 될 수 있다. 또한 max 함수 내의
Figure 112011000514219-pat00007
값은 현재 설정된 디코딩 집합(D)에서 중계 전송 용량(γn)과 엑세스 전송 용량(γ0)의 최소값이며, 디코딩 전송 용량(γD)으로 표현될 수 있다. 디코딩 전송 용량(γD)이 최대화되면, 송신 빔포밍 벡터(v)가 최적화되고, 상기한 바와 같이, 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템이 최적화 될 수 있다.
그리고 수학식 4는 전형적인 최대-최소(max-min) 문제로서 시간(t) 변수를 도입하여 일반적인 최소값(min) 문제로 변환할 수 있다. 그리고 수학식 4에
Figure 112011000514219-pat00008
및
Figure 112011000514219-pat00009
와 같이 매트릭스 표현을 사용하면, 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure 112012026239593-pat00010
이때, t는 최적화를 위한 변수, R은 실수 집합, Ck*k는 K차원 복소수 집합(K는 전송 안테나의 수).
수학식 5에서 rank(X)는 rank 함수를 나타내고, trace(X)는 trace 함수를 나타낸다.
수학식 5는 NP-난해(NP-hard) 문제로서, 빠르게 해답을 얻을 수 있는 방법이 없다. 이에 본 발명에서는 계산을 용이하게 하기 위하여 수학식 5에서 rank(X)=1 의 조건을 제거하여, 수학식 6과 같이 완화(relaxation)된 식으로 수정한다.
Figure 112012026239593-pat00011
이때, D는 유효중계노드 집합에 포함되는 협력 중계노드 집합(디코딩 집합), gn은 n번째 중계 노드(RN)과 목적 노드 (DN) 사이의 엑세스 채널
수학식 6은 전형적인 Semi-definite problem(SDP) 형태의 최적화 문제로서 SeDuMi와 같은 다양한 공개된 최적화 도구를 이용하여 해를 구할 수 있다. SeDuMi는 문헌"J. F. Sturm, "Using SeDuMi 1.02, a MATLAB toolbox for optimization over symmetric cones," Optim. Meth. Softw., vol. 11.12, pp. 625.653, 1999"을 참조할 수 있다.
수학식 6은 상기한 바와 같이, 디코딩 집합(D)이 고정된 것으로 가정하고, 송신 빔포밍 벡터(v)의 최적화를 계산한 것이다. 그러나 실제에 있어서, 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 디코딩 집합(D)은 고정된 것이 아니다. 따라서 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템을 최적화하기 위해서는 가능한 모든 디코딩 집합(D)에 대한 송신 빔포밍 벡터(v)의 최적화를 계산해야한다.
도 2는 본 발명에 따른 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법의 일예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법은 먼저 최대 전송 용량(γmax)을 0으로 초기화 한다(S11). 그리고 유효 중계 노드 집합(A)에 포함되는 디코딩 집합(D)을 설정한다(S12). 디코딩 집합(D)이 설정되면, 설정된 디코딩 집합(D)에 대해 수학식 6과 같이 디코딩 전송 용량(γD)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산한다(S13). 상기한 수학식 6은 디코딩 집합(D)이 고정된 것으로 가정하고 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산한 수식이므로, 디코딩 집합(D)을 설정된 상태에서 디코딩 전송 용량(γD)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산하기에 유효한 수학식이다.
이후 계산된 디코딩 전송 용량(γD)이 최대 전송 용량(γmax)보다 큰지 판단한다(S14). 디코딩 전송 용량(γD)이 최대 전송 용량(γmax)보다 크면, 디코딩 전송 용량(γD)을 최대 전송 용량(γmax)로 설정하고, 이 때의 디코딩 집합(D)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 각각 최대 디코딩 집합(Dmax)과 최대 송신 빔포밍 벡터(vmax)로 설정한다(S15). 그리고 가능한 모든 디코딩 집합(D)에 대해 디코딩 전송 용량(γD)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산하였는지 판별한다(S16).
한편, 디코딩 전송 용량(γD)이 최대 전송 용량(γmax)보다 크지 않으면, 이전에 설정된 최대 전송 용량(γmax), 최대 디코딩 집합(Dmax) 및 최대 송신 빔포밍 벡터(vmax)를 그대로 유지하고, 가능한 모든 디코딩 집합(D)에 대해 디코딩 전송 용량(γD)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산하였는지 판별한다(S16).
모든 디코딩 집합(D)에 대해 디코딩 전송 용량(γD)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산한 것으로 판별되면, 설정된 최대 전송 용량(γmax), 최대 디코딩 집합(Dmax) 및 최대 송신 빔포밍 벡터(vmax)를 최대 전송 용량(γmax), 최대 디코딩 집합(Dmax) 및 최대 송신 빔포밍 벡터(vmax)의 최종 값으로 획득한다(S17). 즉 최종 값으로 획득된 최대 전송 용량(γmax), 최대 디코딩 집합(Dmax) 및 최대 송신 빔포밍 벡터(vmax)가 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템을 최적화하는 최적 전송 용량(γopt), 최적 디코딩 집합(Dopt) 및 최적 송신 빔포밍 벡터(vopt)이다.
그러나 모든 디코딩 집합(D)에 대해 (γD)와 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산하지 않았다면, 유효 중계 노드 집합(A)에 포함되고, 이전 설정된 디코딩 집합(D)과 다른 조합의 디코딩 집합(D)을 재설정한다(S18). 그리고 재설정된 디코딩 집합(D)에 대해 다시 디코딩 전송 용량(γD)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산한다.
상기한 도 2의 최적화 방법을 수학식으로 표현하면, 수학식 7과 같이 표현된다.
Figure 112011000514219-pat00012
수학식 7로 표현되는 최적화 알고리즘(algorithm)은 가능한 모든 조합의 디코딩 집합(D)에 대해 디코딩 전송 용량(γD)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산하므로, 풀 서치(Full search) 알고리즘이라 할 수 있다.
이러한 풀 서치 알고리즘은 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 이상적으로 최적화할 수 있으나, 최적화를 위해서는 중계 노드(RN)의 개수(n)가 증가함에 따라 디코딩 전송 용량(γD)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 2n-1회 계산해야한다. 즉 중계 노드(RN)의 개수(n)가 많아지게 되면, 수학식 6을 이용하여 최대 전송 용량(γmax), 최대 디코딩 집합(Dmax) 및 최대 송신 빔포밍 벡터(vmax)를 계산하기 위한 복잡도가 기하급수적으로 증가하여 현실적으로 적용하기 어렵게 된다. 이에 현실적으로 적용 가능한 최적화 방법을 고려한다.
도 3은 본 발명에 따른 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법의 다른 예를 나타낸다. 도 3은 도 2의 풀 서치 알고리즘의 복잡도를 낮추기 위한 휴리스틱(heuristic) 알고리즘을 적용하는 최적화 방법을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법의 다른 예는 먼저 디코딩 집합(D)을 유효 중계 노드 집합(A)과 동일하게 설정하여 초기화 한다(S21). 그리고 설정된 디코딩 집합(D)에 대해 수학식 6에 따라 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산한다(S22). 디코딩 집합(D)에 포함되는 중계 노드(RN) 각각의 중계 전송 용량 중 최소 중계 전송 용량을 갖는 중계 노드(RN)를 최소 중계 노드(k)로 설정하고, 최소 중계 노드(k)의 중계 전송 용량(γk)을 최소 전송 용량(γmin)으로 설정한다(S23).
그리고 디코딩 집합(D)과 유효 중계 노드 집합(A)이 동일하지 않고, 설정된 최소 전송 용량(γmin)이 이전 설정된 최소 전송 용량(γmin.prev)보다 작은지 판단한다(S24). 디코딩 집합(D)과 유효 중계 노드 집합(A)이 동일하지 않고, 설정된 최소 전송 용량(γmin)이 이전 설정된 최소 전송 용량(γmin.prev)보다 작으면, 이전 계산된 송신 빔포밍 벡터(vprev)와 디코딩 집합(Dprev)을 최적화 해로서 선택한다(S25).
그러나 디코딩 집합(D)과 유효 중계 노드 집합(A)이 동일하거나, 설정된 최소 전송 용량(γmin)이 이전 설정된 최소 전송 용량(γmin.prev)보다 작지 않으면, 최소 전송 용량(γmin)과 엑세스 전송 용량(γ0)이 동일한지 판별한다(S26). 최소 전송 용량(γmin)과 엑세스 전송 용량(γ0)이 동일하면 현재의 디코딩 집합(D)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 최척화 해로서 선택한다(S27).
최소 전송 용량(γmin)과 엑세스 전송 용량(γ0)이 동일하지 않으면, 디코딩 집합(D)에 포함된 중계 노드(RN)의 개수가 1인지 확인한다(S28). 디코딩 집합(D)에 포함된 중계 노드(RN)의 개수가 1이면, 현재의 디코딩 집합(D)과 송신 빔포밍 벡터(v)를 최척화 해로서 선택한다(S27). 그러나 디코딩 집합(D)에 포함된 중계 노드(RN)의 개수가 1이 아니면, 이전 디코딩 집합(Dprev)과 송신 빔포밍 벡터(vprev)를 각각 디코딩 집합(D)과 송신 빔포밍 벡터(v)로 설정한다. 그리고 최소 중계 노드(k)를 디코딩 집합(D)에서 제외하고(S29), 다시 수학식 6에 따라 송신 빔포밍 벡터(v)를 계산한다.
상기한 도 3의 휴리스틱 알고리즘을 이용한 최적화 방법을 수학식으로 표현하면, 수학식 8과 같이 표현된다.
Figure 112011000514219-pat00013
도 3 및 수학식 8에서 설명한 휴리스틱 알고리즘은 성능의 열화를 초래하는 중계 노드를 하나씩 제거해 나가는 알고리즘으로, 풀 서치 알고리즘이 중계 노드(RN)의 개수(n)에 따라 2n-1회 계산해야하는 반면, 휴리스틱 알고리즘을 이용하면, 최대 n회만을 계산하면 된다. 따라서 중계 노드(RN)의 개수(n)가 많을 경우에 풀 서치 알고리즘에 비해 계산 횟수가 크게 줄어든다. 비록 중계 노드(RN)의 개수(n)가 많을 경우에 휴리스틱 알고리즘은 풀 서치 알고리즘과 동일한 최적화 성능을 나타내지는 못하지만, 현실적으로 적용 가능한 최적화 방법으로 볼 수 있다. 즉 중계 노드(RN)의 개수(n)가 많은 경우라도 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화를 수행 할 수 있다.
도 4는 소스 노드의 안테나 개수 변화에 따른 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 성능을 나타내며, 수학식 7의 풀 서치 알고리즘과 수학식 8의 휴리스틱 알고리즘의 성능을 모두 도시하였다.
그리고 도 5는 중계 노드 개수의 변화에 따른 2단 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 성능을 나타내며, 도 4와 마찬가지로 수학식 7의 풀 서치 알고리즘과 수학식 8의 휴리스틱 알고리즘의 성능을 모두 도시하였다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 휴리스틱 알고리즘은 풀 서치 알고리즘에 비하여 현격하게 낮은 복잡도를 갖는 것에 비해 성능의 차이는 크지 않음을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (18)

  1. 하나 또는 그 이상의 소스 노드, 복수개의 중계 노드 및 하나 또는 그 이상의 목적 노드를 구비하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법에 있어서,
    가능한 모든 구성의 디코딩 집합 각각에 대한 디코딩 전송 용량과 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계; 및
    상기 계산된 디코딩 전송 용량 중 최대값을 갖는 최대 전송 용량이 상기 무선 통신 시스템의 최적 전송 용량으로 획득되고, 상기 최적 전송 용량에 대응하는 상기 송신 빔 포밍 벡터와 상기 디코딩 집합이 각각 최적 송신 빔 포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 획득되는 단계를 구비하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 디코딩 전송 용량과 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계는
    상기 복수개의 중계 노드 중 상기 소스 노드로부터 신호를 수신할 수 있는 중계 노드의 집합인 유효 중계 노드 집합에 포함되는 상기 중계 노드의 집합인 디코딩 집합이 가능한 모든 구성으로 설정되는 단계;
    설정된 상기 디코딩 집합 각각에 대한 상기 디코딩 전송 용량이 계산되는 단계; 및
    상기 계산된 디코딩 전송 용량 각각에 대응하는 상기 송신 빔 포밍 벡터가 계산되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 디코딩 전송 용량이 계산되는 단계는
    상기 유효 중계 노드 집합의 상기 복수개의 중계 노드 각각이 상기 하나 또는 그 이상의 소스 노드로부터 수신하는 신호가 계산되는 단계;
    상기 유효 중계 노드 집합에 포함되는 상기 디코딩 집합의 상기 복수개의 중계 노드가 협력을 통해 상기 목적 노드로 전송하는 신호가 계산되는 단계; 및
    상기 복수개의 중계 노드 각각이 수신하는 신호와 상기 목적 노드로 전송하는 신호 중 최소값을 갖는 신호가 상기 디코딩 집합에 대응하는 상기 디코딩 전송 용량으로 계산되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 소스 노드로부터 수신하는 신호가 계산되는 단계는
    상기 유효 중계 노드 집합의 i번째 상기 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 수신하는 신호를 수식
    Figure 112011000514219-pat00014

    (여기서, hi는 소스 노드와 i번째 중계 노드 사이의 중계 채널, v는 송신 빔포밍 벡터, ni는 hi채널 상의 노이즈, A는 상기 유효 중계 노드 집합)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 목적 노드로 전송하는 신호가 계산되는 단계는
    상기 목적 노드가 상기 디코딩 집합의 i번째 상기 중계 노드로부터 수신하는 신호가 수식
    Figure 112011000514219-pat00015

    (여기서 gi는 i번째 중계 노드와 목적 노드 사이의 엑세스 채널, nd는 gi채널 상의 노이즈, D는 디코딩 집합)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 디코딩 전송 용량은
    수식
    Figure 112011000514219-pat00016

    (여기서
    Figure 112011000514219-pat00017
    는 n번째 중계 노드가 송신 노드로부터 수신하는 신호의 전송 용량으로 중계 전송 용량,
    Figure 112011000514219-pat00018
    은 n개의 중계 노드로부터 목적 노드(DN)가 수신하는 신호의 전송 용량으로 엑세스 전송 용량)에 의해 계산 되는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 빔포밍 벡터는
    수식
    Figure 112012026239593-pat00019

    (여기서,t는 최적화를 위한 변수, R은 실수 집합, Ck*k는 K차원 복소수 집합(K는 전송 안테나의 수),
    Figure 112012026239593-pat00020
    및
    Figure 112012026239593-pat00021
    이다)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 최적 디코딩 집합으로 획득되는 단계는
    상기 최대 전송 용량이 초기화되는 단계;
    계산된 상기 디코딩 전송 용량이 이전 설정된 최대 전송 용량보다 크면, 상기 디코딩 전송 용량이 상기 최대 전송 용량으로 설정되고, 상기 설정된 최대 전송 용량에 대응하는 상기 디코딩 집합과 상기 송신 빔포밍 벡터가 각각 최대 디코딩 집합과 최대 송신 빔포밍 벡터로 설정되는 단계; 및
    상기 가능한 모든 구성의 디코딩 집합에 대한 디코딩 전송 용량과 송신 빔포밍 벡터가 계산되면, 상기 최대 전송 용량이 상기 최적 전송 용량으로 획득되고, 상기 최적 전송 용량에 대응하는 상기 최대 디코딩 집합 및 상기 최대 송신 빔포밍 벡터가 각각 상기 최적 전송 용량 및 상기 최적 송신 빔포밍 벡터로서 설정되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  9. 제 1 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법을 구현하기 위한 프로그램 명령어가 기록된 기록매체.
  10. 제 1 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법에 의해 계산되는 최적 전송량으로 데이터를 전송하는 상기 하나 또는 그 이상의 소스 노드와 상기 복수개의 중계 노드 및 상기 하나 또는 그 이상의 목적 노드를 구비하는 무선 통신 시스템.
  11. 하나 또는 그 이상의 소스 노드, 복수개의 중계 노드 및 하나 또는 그 이상의 목적 노드를 구비하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법에 있어서,
    상기 복수개의 중계 노드 중 상기 소스 노드로부터 신호를 수신할 수 있는 중계 노드의 집합인 유효 중계 노드 집합이 디코딩 집합으로 초기화되는 단계;
    상기 디코딩 집합에 대한 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계;
    상기 디코딩 집합에 포함되는 상기 중계 노드 각각의 중계 전송 용량 중 최소 중계 전송 용량을 갖는 중계 노드가 최소 중계 노드로 설정되고, 상기 최소 중계 노드의 중계 전송 용량이 최소 전송 용량으로 설정되는 단계;
    상기 디코딩 집합과 상기 유효 중계 노드 집합이 동일하지 않고, 상기 설정된 최소 전송 용량이 이전에 설정된 최소 전송 용량보다 작으면, 이전 계산된 송신 빔포밍 벡터와 디코딩 집합이 각각 최적 빔포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 선택되는 단계;
    상기 최소 전송 용량과 엑세스 전송 용량이 동일하면 설정된 상기 디코딩 집합과 계산된 상기 송신 빔포밍 벡터가 각각 최적 빔포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 선택되는 단계;
    디코딩 집합에 포함된 중계 노드의 개수가 1이면, 설정된 상기 디코딩 집합과 계산된 상기 송신 빔포밍 벡터가 각각 최적 빔포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 선택되는 단계; 및
    최적 빔포밍 벡터와 최적 디코딩 집합으로 선택되지 않으면, 상기 최소 중계 노드를 상기 디코딩 집합에서 제외되고, 상기 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계부터 반복하는 단계를 구비하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계는
    상기 유효 중계 노드 집합의 상기 복수개의 중계 노드 각각이 상기 하나 또는 그 이상의 소스 노드로부터 수신하는 신호가 계산되는 단계;
    상기 유효 중계 노드 집합에 포함되는 상기 디코딩 집합의 상기 복수개의 중계 노드가 협력을 통해 상기 목적 노드로 전송하는 신호가 계산되는 단계; 및
    상기 복수개의 중계 노드 각각이 수신하는 신호와 상기 목적 노드로 전송하는 신호 중 최소값을 갖는 신호를 최대화하는 송신 빔포밍 벡터가 계산되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 소스 노드로부터 수신하는 신호가 계산되는 단계는
    상기 유효 중계 노드 집합의 i번째 상기 중계 노드가 상기 소스 노드로부터 수신하는 신호를 수식
    Figure 112011000514219-pat00022

    (여기서, hi는 소스 노드와 i번째 중계 노드 사이의 중계 채널, v는 송신 빔포밍 벡터, ni는 hi채널 상의 노이즈, A는 상기 유효 중계 노드 집합)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 목적 노드로 전송하는 신호가 계산되는 단계는
    상기 목적 노드가 상기 디코딩 집합의 i번째 상기 중계 노드로부터 수신하는 신호가 수식
    Figure 112011000514219-pat00023

    (여기서 gi는 i번째 중계 노드와 목적 노드 사이의 엑세스 채널, nd는 gi채널 상의 노이즈, D는 디코딩 집합)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 엑세스 전송 용량은
    n개의 상기 중계 노드로부터 상기 목적 노드가 수신하는 신호의 전송 용량으로 수식
    Figure 112012026239593-pat00024
    (여기서, D는 유효중계노드 집합에 포함되는 협력 중계노드 집합(디코딩 집합), gn은 n번째 중계 노드(RN)과 목적 노드 (DN) 사이의 엑세스 채널)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 송신 빔포밍 벡터는
    수식
    Figure 112012026239593-pat00025

    (여기서,t는 최적화를 위한 변수, R은 실수 집합, Ck*k는 K차원 복소수 집합(K는 전송 안테나의 수),
    Figure 112012026239593-pat00026
    및
    Figure 112012026239593-pat00027
    이다)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법.
  17. 제 11 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법을 구현하기 위한 프로그램 명령어가 기록된 기록매체.
  18. 제 11 내지 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멀티홉 협력 전송 무선 통신 시스템의 최적화 방법에 의해 계산되는 최적 전송량으로 데이터를 전송하는 상기 하나 또는 그 이상의 소스 노드와 상기 복수개의 중계 노드 및 상기 하나 또는 그 이상의 목적 노드를 구비하는 무선 통신 시스템.
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