KR101283318B1 - Method for selecting relay node and relay system using the same - Google Patents

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KR101283318B1
KR101283318B1 KR1020120134737A KR20120134737A KR101283318B1 KR 101283318 B1 KR101283318 B1 KR 101283318B1 KR 1020120134737 A KR1020120134737 A KR 1020120134737A KR 20120134737 A KR20120134737 A KR 20120134737A KR 101283318 B1 KR101283318 B1 KR 101283318B1
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이인호
유윤섭
최현호
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한경대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: Relay node selection method and relay system using the same are provided to efficiently select a relay node using channel information with respect to a hop having smaller average channel power between first hop and second hop in an inter-terminal link with respect to each relay node. CONSTITUTION: A power calculation unit (210) calculates the average channel power of a first link connected to a source node and the average channel power of a second link connected to a destination node with respect to a plurality of candidate relay nodes. A link selection unit (220) selects a link having the smaller average channel power in the first link and second link according to a compared result of the average channel power of the first link and the average channel power of the second link. A relay node selection unit (230) selects any one node in the plurality of candidate relay nodes as a relay node using respective channel information about the first and second links. [Reference numerals] (210) Power calculation unit; (220) Link selection unit; (230) Relay node selection unit

Description

중계 노드 선택 방법 및 이를 이용하는 중계 시스템{METHOD FOR SELECTING RELAY NODE AND RELAY SYSTEM USING THE SAME}Relay node selection method and relay system using same {METHOD FOR SELECTING RELAY NODE AND RELAY SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 중계 노드 선택 방법 및 이를 이용하는 중계 시스템에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 각각의 중계 노드에 대한 종단간 링크에서 제1 홉과 제2 홉 중 평균 채널 전력이 작은 홉에 대한 채널 정보를 이용하여 중계 노드를 효율적으로 선택할 수 있도록 하는 중계 노드 선택 방법 및 이를 이용하는 중계 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a relay node selection method and a relay system using the same. More particularly, the present invention relates to a relay node selecting method and a relay system using the same, using channel information about a hop having a small average channel power among first and second hops in an end-to-end link for each relay node. The present invention relates to a relay node selection method for efficiently selecting a relay node and a relay system using the relay node.

대표적인 듀얼 홉(dual hop) 중계 시스템으로는 증폭 후 전달 중계 시스템과 디코딩(decoding) 후 전달 중계 시스템이 있다. 증폭 후 전달 중계 시스템의 경우는 중계 노드(node)가 소스(source) 노드로부터 수신한 신호를 단순히 증폭하여 목적지 노드로 전송한다. 반면에, 디코딩 후 전달 중계 시스템의 경우는 중계 노드가 소스 노드로부터 수신한 신호를 디코딩한 후 그 신호를 다시 인코딩(encoding)하여 목적지 노드로 전송한다.Representative dual hop relay systems include an amplification forward relay system and a decoding after forward relay system. In the case of an amplification relay system, a relay node simply amplifies a signal received from a source node and transmits the signal to a destination node. On the other hand, in a decoding and forwarding relay system, a relay node decodes a signal received from a source node and then encodes the signal again and transmits the signal to a destination node.

따라서 증폭 후 전달 중계 노드는 디코딩 후 전달 중계 노드보다 낮은 복합성을 요구한다. 그러나 증폭 후 전달 중계 시스템은 잡음을 증폭하여 전달하기 때문에 디코딩후 전달 중계 시스템보다 성능이 저조하다.Therefore, the post-amplification forwarding relay node requires lower complexity than the post-decoding forwarding relay node. However, the post-amplification transfer relay system amplifies and transfers the noise, and thus performs poorer than the post-decoding transfer relay system.

듀얼 홉 중계 네트워크에서 중계 노드 선택방법은 다수의 중계 노드들 중 좋은 종단간 링크(link) 품질을 제공하는 하나의 중계 노드를 선택하는 방법으로서 최대 다이버시티 이득을 제공한다.In a dual hop relay network, a relay node selection method provides a maximum diversity gain as a method of selecting one relay node that provides a good end-to-end link quality among a plurality of relay nodes.

듀얼 홉 증폭 후 전달 중계 시스템과 듀얼 홉 디코딩 후 전달 중계 시스템에서 중계 노드 선택 방법에 대한 아웃티지(outage) 성능이 중요하다. 첫번째 홉(hop)과 두번째 홉에 대한 채널정보를 모두 아는 경우 가장 좋은 중계 노드를 선택한다. 반면에 첫번째 홉에 대한 채널 정보만을 아는 경우에도 중계 노드를 선택하는데, 이를 부분 중계 노드 선택방법(partial relay selection method)이라 한다. 부분 중계 노드 선택방법은 중계 노드 선택시 부분적인 채널 정보만을 요구하기 때문에 채널 피드백(feedback)을 위한 주파수 및 전력자원을 감소시킬 수 있다.Outage performance for the relay node selection method is important in the dual hop amplification forward relay system and the dual hop post-transmission relay system. If both channel information about the first hop and the second hop is known, the best relay node is selected. On the other hand, even if only the channel information on the first hop is known, the relay node is selected, which is called a partial relay selection method. Since the partial relay node selection method requires only partial channel information when selecting a relay node, frequency and power resources for channel feedback can be reduced.

따라서 부분 중계 노드 선택방법을 이용하여 지능형 교통시스템 지원을 위한 차량간 무선 통신 네트워크 및 센서 네트워크에서 에너지 절약의 효과를 얻을 수 있다.Therefore, by using partial relay node selection method, energy saving effect can be obtained in inter-vehicle wireless communication network and sensor network for intelligent traffic system support.

각 홉에 대한 채널들이 균일분포를 갖는 나까가미 페이딩(nakagami)채널인 경우 증폭 후 전달 중계 시스템과 디코딩 후 전달 중계 시스템에서 부분 중계 노드 선택방법에 대한 아웃티지 확률을 분석하고, 각 홉에 대한 채널들이 균일 분포를 갖는 레일레이(rayleigh) 페이딩 채널인 경우에는 증폭 후 전달 중계 시스템과 디코딩 후 전달 중계 시스템에서 부분 중계 노드 선택방법에 대한 비트 오차율을 분석한다.If the channels for each hop are Nakagami fading channels with uniform distribution, the probability of partial relay node selection in the post-amplification and post-decoding relay system is analyzed, and the channels for each hop are analyzed. In case of the Rayleigh fading channel having a uniform distribution, the bit error rate for the partial relay node selection method in the post-amplification forwarding relay system and the post-decoding forwarding relay system is analyzed.

그러나 다수 중계 노드를 이용하는 실제적인 중계 시스템에서의 노드간 페이딩 채널의 분포는 균일하지 않아 비균일 분포를 갖는 페이딩 채널인 경우 증폭 후 전달 시스템에서 부분 중계 노드 선택방법에 대한 아웃티지 확률과 에르고드(ergodic) 용량을 각각 분석한다.
However, in the real relay system using multiple relay nodes, the distribution of fading channel between nodes is not uniform, so in case of fading channel with non-uniform distribution, the outage probability and ergodic doses are analyzed separately.

국내 공개특허 제10-2010-0000286호(2010. 01. 06. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2010-0000286 (published Jan. 06, 2010) 국내 공개특허 제10-2009-0032319호(2009. 04. 01. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2009-0032319 (published Apr. 01, 2009) 국내 공개특허 제10-2009-0046465호(2009. 05. 11. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2009-0046465 (published May 11, 2009) 국내 공개특허 제10-2009-0056339호(2009. 06. 03. 공개)Korean Patent Publication No. 10-2009-0056339 (2009. 06. 03. publication)

상기한 바와 같은 종래의 한계점을 극복하기 위한 본 발명은 각각의 중계 노드에 대한 종단간 링크에서 제1 홉과 제2 홉 중 평균 채널 전력이 작은 홉에 대한 채널 정보를 이용하여 중계 노드를 효율적으로 선택할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
The present invention for overcoming the conventional limitations as described above efficiently utilizes the relay node by using channel information on a hop having a small average channel power among the first and second hops in the end-to-end link for each relay node. The purpose is to make a choice.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 복수의 후보 중계 노드 중 소스 노드와 목적지 노드 사이의 신호 송수신을 중계하는 중계 노드를 선택하는 중계 노드 선택 방법에 있어서, 상기 복수의 후보 중계 노드 각각에 대해서, 상기 소스 노드와 연결된 제1 링크의 평균 채널 전력 및 상기 목적지 노드와 연결된 제2 링크의 평균 채널 전력을 산출하는 단계; 상기 제1 링크의 평균 채널 전력 및 상기 제2 링크의 평균 채널 전력의 비교 결과에 따라 상기 제1 링크 및 제2 링크 중 어느 하나의 링크를 각각 선택하는 단계; 및 상기 각각의 링크에 대한 채널 정보를 이용하여 복수의 후보 노드 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법을 제공한다.The present invention for achieving the above object is a relay node selection method for selecting a relay node for relaying signal transmission and reception between a source node and a destination node of a plurality of candidate relay nodes, each of the plurality of candidate relay nodes Calculating an average channel power of a first link connected with the source node and an average channel power of a second link connected with the destination node; Selecting one of the first link and the second link according to a comparison result of the average channel power of the first link and the average channel power of the second link; And selecting one of a plurality of candidate nodes as a relay node by using channel information about each link.

상기 제1 링크 및 제2 링크 중 어느 하나의 링크를 선택하는 단계는 상기 제1 링크 및 제2 링크 중 평균 채널 전력이 작은 링크를 선택하는 것을 특징으로 한다.The selecting of any one of the first link and the second link may include selecting a link having a small average channel power among the first link and the second link.

상기 복수의 후보 중계 노드 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 단계는 상기 각각의 링크에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio)를 추출하여 상기 복수의 후보 중계 노드 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 것을 특징으로 한다.Selecting any one of the plurality of candidate relay nodes as a relay node may be performed by extracting a received signal-to-noise ratio of each of the plurality of candidate relay nodes. The node may be selected as a relay node.

상기 복수의 후보 중계 노드 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 단계는 상기 복수의 후보 중계 노드 중 가장 큰 수신 신호 대 잡음비를 제공하는 후보 중계 노드를 중계 노드로 선택하는 것을 특징으로 한다.The selecting of any one node among the plurality of candidate relay nodes as a relay node may include selecting a candidate relay node providing the largest received signal-to-noise ratio among the plurality of candidate relay nodes as the relay node.

또한 본 발명은 복수의 후보 중계 노드들 중 소스 노드와 목적지 노드 사이의 신호 송수신을 중계하는 중계 노드를 선택하는 중계 노드 선택 방법을 이용하는 중계 시스템에 있어서, 상기 복수의 후보 중계 노드들 각각에 대해서, 상기 소스 노드와 연결된 제1 링크의 평균 채널 전력 및 상기 목적지 노드와 연결된 제2 링크의 평균 채널 전력을 산출하는 전력 산출부; 상기 제1 링크의 평균 채널 전력 및 상기 제2 링크의 평균 채널 전력의 비교 결과에 따라 상기 제1 링크 및 제2 링크 중 어느 하나의 링크를 각각 선택하는 링크 선택부; 및 상기 각각의 링크에 대한 채널 정보를 이용하여 복수의 후보 중계 노드 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 중계 노드 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법을 이용하는 중계 시스템을 제공한다.In addition, the present invention provides a relay system using a relay node selection method for selecting a relay node for relaying signal transmission and reception between a source node and a destination node among a plurality of candidate relay nodes, for each of the plurality of candidate relay nodes, A power calculator configured to calculate an average channel power of a first link connected to the source node and an average channel power of a second link connected to the destination node; A link selector configured to select one of the first link and the second link according to a comparison result of the average channel power of the first link and the average channel power of the second link; And a relay node selector configured to select one of a plurality of candidate relay nodes as a relay node by using channel information of each link.

상기 링크 선택부는 상기 제1 링크 및 제2 링크 중 평균 채널 전력이 작은 링크를 선택하는 것을 특징으로 한다.The link selector may select a link having a small average channel power among the first link and the second link.

상기 중계 노드 선택부는 상기 각각의 링크에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio)를 추출하여 상기 복수의 후보 중계 노드 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 것을 특징으로 한다.The relay node selector may extract a signal-to-noise ratio for each link to select one node among the plurality of candidate relay nodes as a relay node.

상기 중계 노드 선택부는 상기 복수의 후보 중계 노드들 중 가장 큰 수신 신호 대 잡음비를 제공하는 후보 중계 노드를 중계 노드로 선택하는 것을 특징으로 한다.
The relay node selector selects a candidate relay node that provides the largest received signal-to-noise ratio among the plurality of candidate relay nodes as a relay node.

따라서 본 발명에 의하면, 본 발명은 각각의 중계 노드에 대한 종단간 링크에서 제1 홉과 제2홉 중 평균 채널 전력이 작은 홉에 대한 채널 정보를 이용하여 중계 노드를 효율적으로 선택할 수 있다.Therefore, according to the present invention, the present invention can efficiently select a relay node by using channel information on a hop having the smallest average channel power among the first and second hops in the end-to-end link for each relay node.

또한 본 발명은 중계 노드들이 소스 노드에 근접해 있고 제1 홉과 제2 홉의 평균 채널 전력비가 클 경우, 기존의 중계 노드 선택 방법보다 효율적으로 중계 노드를 선택할 수 있다.
In addition, when the relay nodes are close to the source node and the average channel power ratio of the first and second hops is large, the relay node may be selected more efficiently than the conventional relay node selection method.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 노드 선택 방법을 이용하는 중계 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1의 중계 시스템의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법과 기존의 중계 노드 선택방법의 아웃티지 확률을 각각 보여주는 그래프이다.1 is a conceptual diagram illustrating a relay system using a relay node selection method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal structure of the relay system of FIG. 1.
3 to 6 are graphs showing the outage probabilities of the relay node selection method and the existing relay node selection method according to the present invention, respectively.

이하, 출원인은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면과 함께 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하의 명세서에서 “소스 노드(source node)”는 신호를 제공하는 노드를 의미하고, “중계 노드(relays node)”는 소스 노드의 신호를 수신하여 디코딩하는 노드를 의미하고, “목적지 노드(destination node)”는 소스 노드로부터 수신한 신호의 디코딩이 성공한 경우에만 디코딩된 신호를 다시 인코딩하여 목적지 노드로 전달하는 노드를 의미한다. In the following specification, a "source node" means a node providing a signal, and a "relays node" means a node that receives and decodes a signal of a source node, and a "destination node". node) ”means a node that re-encodes the decoded signal and delivers the decoded signal to the destination node only when the decoding of the signal received from the source node is successful.

또한 명세서에서 “홉(hop)”은 각 노드들 사이의 링크(link)를 의미하며, “제1 홉”은 소스 노드와 복수의 후보 중계 노드들 중 특정 중계 노드 사이의 링크를 의미하고, “제2 홉”은 복수의 후보 중계 노드들 중 특정 중계 노드와 목적지 노드 사이의 링크를 의미한다.In addition, in the specification, “hop” means a link between each node, “first hop” means a link between a source node and a specific relay node among a plurality of candidate relay nodes, Second hop ”means a link between a specific relay node and a destination node among a plurality of candidate relay nodes.

또한, 명세서에서 “종단간 링크”는 소스 노드, 복수의 후보 중계 노드들 중 특정 중계 노드 및 목적지 노드를 연결하는 링크를 의미한다.In addition, in the specification, "end to end link" means a link connecting a source node, a specific relay node and a destination node among a plurality of candidate relay nodes.

또한, 명세서에서 “아웃티지 확률”은 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법을 사용하여 선택된 중계 노드를 이용하여 소스 노드의 신호를 목적지 노드로 전송할 때 전송이 실패할 확률을 의미한다. In addition, in the specification, "outage probability" means a probability that transmission fails when a signal of a source node is transmitted to a destination node using a relay node selected using the relay node selection method according to the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중계 노드 선택 방법을 이용하는 중계 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a relay system using a relay node selection method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 중계 시스템은 소스 노드(110), 복수의 후보 중계 노드(120) 및 목적지 노드(130)를 포함한다. 복수의 후보 중계 노드들(120) 중 본 발명의 중계 노드 선택 방법에 따라 선택된 중계 노드(예를 들어, 120a)는 소스 노드(110)의 신호를 목적지 노드(130)로 전송한다. 소스 노드(110), 복수의 후보 중계 노드들(120) 및 목적지 노드(130)는 하나의 송 수신 안테나를 가진다. Referring to FIG. 1, the relay system includes a source node 110, a plurality of candidate relay nodes 120, and a destination node 130. The relay node (eg, 120a) selected according to the relay node selection method of the present invention among the plurality of candidate relay nodes 120 transmits a signal of the source node 110 to the destination node 130. The source node 110, the plurality of candidate relay nodes 120, and the destination node 130 have one transmit and receive antenna.

각 후보 중계 노드(120)는 반이중 모드로 동작하며, 디코딩 후 전달 중계 방식을 이용한다. 디코딩 후 전달 중계 방식에서, 각 후보 중계 노드(120)는 첫 번째 시간 슬롯(slot)동안 소스 노드(110)로부터 신호를 수신하고, 수신한 신호의 디코딩이 성공한 경우에만 디코딩된 신호를 다시 인코딩하여 두 번째 시간 슬롯(slot) 동안 목적지 노드(130)로 전달한다.Each candidate relay node 120 operates in a half-duplex mode, and uses a decoding and forwarding relay scheme. In the post-decoding forward relay scheme, each candidate relay node 120 receives a signal from the source node 110 during the first time slot and re-encodes the decoded signal only when the decoding of the received signal is successful. It passes to the destination node 130 during the second time slot.

도 2는 도 1의 중계 시스템의 내부 구조를 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an internal structure of the relay system of FIG. 1.

도 1 및 도 2를 참조하면, 소스 노드(110)와 복수의 후보 노드(120) 중 K번째 중계 노드(예를 들어, 120a) 간의 복수 채널 계수는 hsk이고, K번째 중계 노드(예를 들어, 120a)와 목적지 노드(130) 사이의 복수채널 계수는 hkD이다. 본 명세서에서, 모든 채널들은 플랫(flat) 레일레이 페이딩 채널이며, 그 채널들은 독립적이고 비균일적인 분포를 따른다. 따라서, 채널 전력인 |hsk|2와 |hkD|2의 평균을 각각은 종단간 링크에서 제1 홉의 평균 채널 전력(BSk) 및 제2 홉의 평균 채널 전력(BkD)을 의미한다.1 and 2, the multiple channel coefficient between the source node 110 and the K-th relay node (eg, 120a) among the candidate nodes 120 is h sk , and the K-th relay node (for example, For example, the multi-channel coefficient between 120a and the destination node 130 is h kD . In this specification, all the channels are flat Rayleigh fading channels, the channels following an independent and non-uniform distribution. Therefore, the channel power | h sk | 2 and h kD | Each of the second average is end-to-end link in the mean average channel power (B Sk) and an average channel power (B kD) of the second hop in the first hop.

본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법을 이용하는 중계 시스템은 전력 산출부(210), 링크 선택부(220) 및 중계 노드 선택부(230)를 포함한다.The relay system using the relay node selection method according to the present invention includes a power calculator 210, a link selector 220, and a relay node selector 230.

상기 전력 산출부(210)는 복수의 후보 중계 노드(120)들 각각에 대해서, 제1 홉의 평균 채널 전력 및 제2 홉의 평균 채널 전력을 각각 산출한다. 즉, 전력 산출부(210)는 복수의 후보 중계 노드들 각각에 대해서, 소스 노드(110)와 연결된 제1 링크의 평균 채널 전력(BSk) 및 목적지 노드(130)와 연결된 제2 링크의 평균 채널 전력(BkD)을 산출할 수 있다.The power calculator 210 calculates the average channel power of the first hop and the average channel power of the second hop for each of the plurality of candidate relay nodes 120. That is, the power calculating unit 210, for each of the plurality of candidate relay nodes, the average channel power B Sk of the first link connected to the source node 110 and the average of the second link connected to the destination node 130. The channel power B kD may be calculated.

상기 링크 선택부(220)는 제1 홉의 평균 채널 전력(BSk) 및 제2 홉의 평균 채널 전력(BkD)을 비교하고, 비교 결과에 따라 제1 홉 및 제2 홉 중 어느 하나의 홉을 선택한다. 즉, 링크 선택부(220)는 제1 링크(즉, 소스 노드와 특정 중계 노드 사이의 링크)의 평균 채널 전력(BSk) 및 제2 링크(즉, 특정 중계 노드와 목적지 노드 사이의 링크)의 평균 채널 전력(BkD)의 비교 결과에 따라 제1 링크 및 제2 링크 중 어느 하나의 링크를 선택할 수 있다. 하나의 실시예에서, 링크 선택부(220)는 제1 링크 및 제2 링크 중 평균 채널 전력이 작은 링크를 선택할 수 있다.The link selector 220 compares the average channel power B Sk of the first hop and the average channel power B kD of the second hop, and determines which one of the first hop and the second hop is based on the comparison result. Select hop. That is, the link selector 220 is the average channel power (B Sk ) of the first link (ie, the link between the source node and the specific relay node) and the second link (ie, the link between the specific relay node and the destination node). One of the first link and the second link may be selected according to the comparison result of the average channel power B kD . According to an embodiment, the link selector 220 may select a link having a small average channel power among the first link and the second link.

상기 중계 노드 선택부(230)는 후보 중계 노드별로 선택된 각각의 홉(즉, 링크)의 채널 정보를 이용하여 복수의 후보 노드 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택한다. 하나의 실시예에서, 중계 노드 선택부(230)는 각각의 링크에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio)를 추출하고, 복수의 후보 중계 노드들(120) 중 가장 큰 수신 신호 대 잡음비를 제공하는 후보 중계 노드(예를 들어, 120b)를 중계 노드로 선택할 수 있다. The relay node selector 230 selects any one node among a plurality of candidate nodes as a relay node by using channel information of each hop (that is, a link) selected for each candidate relay node. In one embodiment, the relay node selector 230 extracts a received signal-to-noise ratio for each link and selects the largest received signal to signal ratio among the plurality of candidate relay nodes 120. A candidate relay node (eg, 120b) providing the noise ratio may be selected as the relay node.

종래에서 중계 노드 선택 방법은 아래의 수학식 1과 같이 K개의 중계 노드들에 대한 제1 홉의 수신 신호 대 잡음비들을 비교하여 가장 큰 수신 신호 대 잡음비를 제공하는 노드가 중계 노드가 되었다. In the conventional relay node selection method, a node providing the largest received signal-to-noise ratio by comparing the received signal-to-noise ratios of the first hops for the K relay nodes as shown in Equation 1 below has become a relay node.

Figure 112012097660825-pat00001
Figure 112012097660825-pat00001

여기에서, GSk는 제1 홉에 대한 수신 신호 대 잡음비를 의미한다.Here, G Sk means a received signal to noise ratio for the first hop.

하지만, 중계 노드 선택부(230)는 수학식 2 및 수학식 3을 이용하여 복수의 후보 중계 노드(120) 중 가장 큰 수신 신호 대 잡음비를 제공하는 후보 노드(예를 들어, 120b)를 중계 노드로 선택할 수 있다.However, the relay node selector 230 relays a candidate node (eg, 120b) that provides the largest received signal-to-noise ratio among the plurality of candidate relay nodes 120 using Equations 2 and 3 below. Can be selected.

Figure 112012097660825-pat00002
Figure 112012097660825-pat00002

여기에서, Wk는 하기의 수학식 3과 같다.Here, W k is as shown in Equation 3 below.

Figure 112012097660825-pat00003
Figure 112012097660825-pat00003

여기에서, GSk는 제1 홉에 대한 수신 신호 대 잡음비를 의미하고, GkD는 제2 홉에 대한 수신 신호 대 잡음 비를 의미하고, BSk는 제1 홉의 평균 채널 전력을 의미하고, BkD는 제2 홉의 평균 채널 전력을 의미한다.Here, G Sk means the received signal-to-noise ratio for the first hop, G kD means the received signal-to-noise ratio for the second hop, B Sk means the average channel power of the first hop, B kD means the average channel power of the second hop.

Figure 112012097660825-pat00004
Figure 112012097660825-pat00004

여기서, R은 데이터율의 목표치를 의미하고, P는 송신전력을 의미한다.Here, R denotes a target value of the data rate, and P denotes a transmission power.

본 발명에서, 복수의 후보 중계 노드들(120) 중 K번째 중계 노드(예를 들어, 120b)의 수신 신호 대 잡음비가 특정 임계값(데이터율의 목표치를)보다 크면 수신 신호의 디코딩이 성공할 수 있고, K번째 중계 노드(예를 들어, 120b)는 수신 신호를 인코딩하여 목적지 노드(130)로 전송한다. 즉, K번째 중계 노드(예를 들어, 120b)는 수신 신호의 디코딩을 실패하면 아무런 전송을 하지 않는다. 이에 따라, 중계 노드 선택부(230)는 복수의 후보 중계 노드(120) 중 가장 큰 수신 신호 대 잡음비를 제공하는 노드를 중계 노드로 선택할 수 있다. 그러므로, 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법의 아웃티지 확률은 아래의 수학식 5와 같다. 수학식 5는 수학식 1 및 수학식 2를 수학식 4에 적용하면 산출될 수 있다.
In the present invention, if the received signal-to-noise ratio of the K-th relay node (eg, 120b) of the plurality of candidate relay nodes 120 is larger than a specific threshold (target value of data rate), decoding of the received signal may succeed. The K-th relay node (eg, 120b) encodes the received signal and transmits the received signal to the destination node 130. That is, if the K-th relay node (eg, 120b) fails to decode the received signal, it does not transmit anything. Accordingly, the relay node selector 230 may select a node providing the largest received signal-to-noise ratio among the plurality of candidate relay nodes 120 as the relay node. Therefore, the outage probability of the relay node selection method according to the present invention is expressed by Equation 5 below. Equation 5 may be calculated by applying Equations 1 and 2 to Equation 4.

Figure 112012097660825-pat00005
Figure 112012097660825-pat00005

여기에서, 첫 번째 확률은 K번째 중계 노드(예를 들어, 120b)가 소스 노드(110)에 의한 수신신호의 디코딩이 성공할 경우를 의미하고, 두 번째 확률은 K번째 중계 노드(예를 들어, 120b)가 소스 노드(110)에 의한 수신신호의 디코딩이 실패할 경우를 의미한다. 수학식 5에서 모드 K에 대하여 WK를 GSk로 대체하면, 기존의 부분 중계 노드 선택 기법에 대한 아웃티지 확률의 표현식을 얻을 수 있다.Here, the first probability means when the K-th relay node (for example, 120b) succeeds in decoding the received signal by the source node 110, and the second probability is the K-th relay node (for example, 120b) indicates that the decoding of the received signal by the source node 110 fails. By replacing W K with G Sk for mode K in Equation 5, an expression of outage probability for the existing partial relay node selection method can be obtained.

Figure 112012097660825-pat00006
Figure 112012097660825-pat00006

여기서,

Figure 112012097660825-pat00007
AF는 본 발명에 따른 종단간 수신 신호 대 잡음비를 의미한다. GSk는 제1 홉에 대한 수신 신호 대 잡음비를 의미하고, GkD는 제2 홉에 대한 수신 신호 대 잡음 비를 의미한다. K번째 중계 노드(예를 들어, 120b)는 소스 노드(110)로부터 수신한 신호를 증폭 후 목적지 노드(130)로 전송한다. 따라서, 종단간 수신 신호 대 잡음비는 수학식 6과 같이 표현된다.here,
Figure 112012097660825-pat00007
AF means the end-to-end received signal to noise ratio according to the present invention. G Sk means a received signal-to-noise ratio for the first hop, and G kD means a received signal-to-noise ratio for the second hop. The K-th relay node (eg, 120b) amplifies the signal received from the source node 110 and transmits the signal to the destination node 130. Therefore, the end-to-end received signal-to-noise ratio is expressed by Equation 6.

본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법의 아웃티지 확률은 아래의 수학식 7과 같다. 수학식 7은 수학식 6을 수학식 4에 대입하여 산출될 수 있다. Outage probability of the relay node selection method according to the present invention is expressed by Equation 7 below. Equation 7 may be calculated by substituting Equation 6 into Equation 4.

Figure 112012097660825-pat00008
Figure 112012097660825-pat00008

수학식 5와 수학식 7의 비교에 따라 디코딩 후 전달 중계 시스템에 대한 아웃티지 확률이 증폭 후 전달 중계 시스템에 대한 아웃티지 확률과 상이함을 확인할 수 있다.According to the comparison between Equation 5 and Equation 7, it can be seen that the outtage probability for the post-decoding transfer relay system is different from the outtage probability for the post-amplification transfer relay system.

본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법의 아웃티지 확률은 수학식 5를 통해 산출될 수 있다. 레일레이 페이딩 채널에 대하여, GSk의 확률 밀도는 수학식 8이고, GkD의 확률 밀도는 수학식 9이다.Outage probability of the relay node selection method according to the present invention may be calculated through Equation 5. For the Rayleigh fading channel, the probability density of G Sk is (8), and the probability density of G kD is (9).

Figure 112012097660825-pat00009
Figure 112012097660825-pat00009

Figure 112012097660825-pat00010
Figure 112012097660825-pat00010

WK의 평균이

Figure 112012097660825-pat00011
이라 가정하자. 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법에 대하여, 제1 홉의 평균 채널 전력(BSk) < 제2 홉의 평균 채널 전력(BkD)일 때
Figure 112012097660825-pat00012
=제1 홉의 평균 채널 전력(BSk)이고, 제1 홉의 평균 채널 전력(BSk) > 제2 홉의 평균 채널 전력(BkD)일 때
Figure 112012097660825-pat00013
= 제2 홉의 평균 채널 전력(BkD)이다.The average of W K
Figure 112012097660825-pat00011
. For the relay node selection method according to the present invention, when the average channel power (B Sk ) of the first hop <average channel power (B kD ) of the second hop
Figure 112012097660825-pat00012
= The average channel power (B Sk) of the first hop, the average channel power of a first hop (B Sk)> When the average channel power (B kD) of the second hop
Figure 112012097660825-pat00013
= Average channel power B kD of the second hop.

Figure 112012097660825-pat00014
Figure 112012097660825-pat00014

여기서, Mk={1, ..., k-1, k+1, ...., k}을 의미하고, 집합 Li는 집합 Mk의 부분집합을 의미하고, |Li|는 집합 Li의 크기를 의미한다. WK = GSK일 때, 수학식 5의 두 번째 확률 부분은 수학식 8 및 수학식 9에 따라 산출될 수 있다.Where M k = {1, ..., k-1, k + 1, ...., k}, set L i means a subset of set M k , and | L i | The size of the set L i . When W K = G SK , the second probability portion of Equation 5 may be calculated according to Equation 8 and Equation 9.

Figure 112012097660825-pat00015
Figure 112012097660825-pat00015

여기에서, Mk={1, ..., k-1, k+1, ...., k}을 의미하고, 집합 Li는 집합 Mk의 부분집합을 의미하고, |Li|는 집합 Li의 크기를 의미한다. WK = GKD일 때, 수학식 5의 첫 번째 확률 부분은 수학식 8 및 수학식 9에 따라 산출될 수 있다.Here, M k = {1, ..., k-1, k + 1, ...., k}, set L i means a subset of set M k , and | L i | Is the size of the set L i . When W K = G KD , the first probability portion of Equation 5 may be calculated according to Equation 8 and Equation 9.

Figure 112012097660825-pat00016
Figure 112012097660825-pat00016

여기서, Mk={1, ..., k-1, k+1, ...., k}을 의미하고, 집합 Li는 집합 Mk의 부분집합을 의미하고, |Li|는 집합 Li의 크기를 의미한다. WK = GKD일 때, 수학식 5의 두 번째 확률 부분은 수학식 8 및 수학식 9에 따라 산출될 수 있다.Where M k = {1, ..., k-1, k + 1, ...., k}, set L i means a subset of set M k , and | L i | The size of the set L i . When W K = G KD , the second probability portion of Equation 5 may be calculated according to Equation 8 and Equation 9.

Figure 112012097660825-pat00017
Figure 112012097660825-pat00017

여기서, WK = GSK 또는 WK = GKD 인 경우, 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법의 아웃티지 확률은 수학식 10 및 수학식 11을 수학식 5에 대입하거나 수학식 12 및 수학식 13을 수학식 5에 대입하여 산출될 수 있다.Where W K = G SK Or W K = G KD In the case of, the outage probability of the relay node selection method according to the present invention may be calculated by substituting Equation 10 and Equation 11 into Equation 5 or Equation 12 and Equation 13 into Equation 5.

중계 노드 선택부(230)는 복수의 후보 중계 노드(120) 중 가장 큰 수신 신호 대 잡음비를 제공하는 후보 노드(예를 들어, 120c)를 중계 노드로 선택할 수 있다. 이하에서는, 중계 노드 선택부(230)가 복수의 후보 중계 노드(120) 중 가장 큰 수신 신호 대 잡음비가 제공하는 후보 노드(예를 들어, 120c) 를 중계 노드로 선택하는 이유를 표 1을 참조하여 설명한다.The relay node selector 230 may select a candidate node (eg, 120c) that provides the largest received signal-to-noise ratio among the plurality of candidate relay nodes 120 as the relay node. Hereinafter, referring to Table 1, the relay node selector 230 selects a candidate node (eg, 120c) provided by the largest received signal-to-noise ratio among the plurality of candidate relay nodes 120 as a relay node. Will be explained.

Case 1 및 Case 2는 두 개의 중계 노드(즉, K=2)를 가정하고, Case 3 및 Case 4는 네 개의 중계 노드(즉, K=4)를 가정한다. Case 1과 Case 2에서, 첫 번째 중계 노드는 목적지 노드 보다 소스 노드에 더 근접해 있고, 두 번째 중계 노드는 소스 노드 보다 목적지 노드에 더 근접해 있음을 가정하여 평균 채널 전력값을 설정하였다. Case 1에 대한 제1 홉과 제2 홉의 평균 채널 전력 비는 3 dB이고, Case 2에 대한 제1 홉과 제2 홉의 평균 채널 전력비는 10 dB이다. Case 3과 Case 4에서는 첫 번째와 두 번째 중계 노드들은 목적지 노드 보다 소스 노드에 더 근접해 있고, 세 번째와 네 번째 중계 노드들은 소스 노드 보다 목적지 노드에 더 근접해 있음을 가정하여 평균 채널 전력값을 설정하였다. Case 1 and Case 2 assume two relay nodes (ie, K = 2), and Case 3 and Case 4 assume four relay nodes (ie, K = 4). In Case 1 and Case 2, the average channel power value is set assuming that the first relay node is closer to the source node than the destination node, and the second relay node is closer to the destination node than the source node. The average channel power ratio of the first and second hops for Case 1 is 3 dB, and the average channel power ratio of the first and second hops for Case 2 is 10 dB. In Case 3 and Case 4, the average channel power value is set assuming that the first and second relay nodes are closer to the source node than the destination node, and the third and fourth relay nodes are closer to the destination node than the source node. It was.

Case 1과Case 2에서처럼, Case 3에 대한 제1 홉과 제2 홉의 평균 채널 전력 비는 3 dB이고, Case 4에 대한 제1 홉과 제2 홉의 평균 채널 전력 비는 10 dB이다.
As in Case 1 and Case 2, the average channel power ratio of the first and second hops for Case 3 is 3 dB, and the average channel power ratio of the first and second hops for Case 4 is 10 dB.

Figure 112012097660825-pat00018
Figure 112012097660825-pat00018

도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법과 기존의 중계 노드 선택 방법의 아웃티지 확률을 각각 보여주는 그래프이다. 도 3은 Case 1에 대한 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법과 기존의 중계 노드 선택 방법의 아웃티지 확률을 보여주고, 도 4는 Case 2에 대한 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법과 기존의 중계 노드 선택 방법의 아웃티지 확률을 보여주고, 도 5는 Case 3에 대한 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법과 기존의 중계 노드 선택 방법의 아웃티지 확률을 보여주고, 도 6은 Case 4에 대한 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법과 기존의 중계 노드 선택 방법의 아웃티지 확률을 보여준다. 도 3 내지 도 6에서 “Best relay selection"의 시뮬레이션 결과는 제1 홉과 제2 홉에 대한 채널 정보를 모두 알고 있다고 가정하여 다음과 같이 중계 노드를 선택하여 얻어진다. 3 to 6 are graphs showing the outage probabilities of the relay node selection method and the conventional relay node selection method according to the present invention, respectively. Figure 3 shows the outage probability of the relay node selection method and the existing relay node selection method according to the present invention for Case 1, Figure 4 shows the relay node selection method and the existing relay node according to the present invention for Case 2 Figure 5 shows the outage probability of the selection method, Figure 5 shows the outage probability of the relay node selection method and the existing relay node selection method according to the present invention for Case 3, Figure 6 shows the present invention for Case 4 The probability of outage of the relay node selection method and the existing relay node selection method is shown. The simulation results of “Best relay selection” in FIGS. 3 to 6 are obtained by selecting a relay node as follows on the assumption that both channel information about the first hop and the second hop is known.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법의 성능 개선 정도는 제1 홉과 제2 홉의 평균 채널 전력 비가 클수록 증가하고, 데이터율의 목표치(R)의 영향을 받지 않는다. 여기서, 만약에 모든 중계 노드들이 목적지 노드에 근접해 있다고(즉, 제1 홉의 평균 채널 전력(BSK) < 제2홉의 평균 채널 전력(BkD) 가정하면, 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법은 기존의 중계 노드 선택 기법과 동일하게 동작한다. 3 to 6, the degree of performance improvement of the relay node selection method according to the present invention increases as the average channel power ratio of the first and second hops increases, and is not affected by the target value R of the data rate. . Here, if it is assumed that all the relay nodes are close to the destination node (that is, the average channel power (B SK ) of the first hop <average channel power (B kD ) of the second hop, the relay node selection method according to the present invention) Operates in the same way as the conventional relay node selection scheme.

본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법과 best relay selection 기법의 결과를 비교해 보면, 중계 노드 수가 작고 제1 홉과 제2 홉의 평균 채널 전력 비가 클 때 두 중계 노드 선택 기법들의 아웃티지 성능이 낮은 신호 대 잡음비 영역에서뿐만 아니라 중간의 신호 대 잡음비 영역에서도 유사함을 확인할 수 있다. 여기서, 부분적인 채널 정보를 이용하는 본 발명에 따른 중계 노드 선택 방법이 전체 채널 정보를 이용하는 best relay selection 기법과 유사한 성능을 제공한다는 효과가 있다.
Comparing the results of the relay node selection method and the best relay selection method according to the present invention, when the number of relay nodes is small and the average channel power ratio of the first and second hops is large, the signal performance of the two relay node selection methods is low. The similarity can be seen not only in the noise ratio region but also in the intermediate signal-to-noise ratio region. Here, there is an effect that the relay node selection method according to the present invention using partial channel information provides similar performance to the best relay selection technique using all channel information.

110 : 소스 노드 120 : 복수의 후보 중계 노드
130 : 목적지 노드 210 : 전력 산출부
220 : 링크 선택부 230 : 중계 노드 선택부110: source node 120: a plurality of candidate relay nodes
130: destination node 210: power calculator
220: link selector 230: relay node selector

Claims (8)

복수의 후보 중계 노드(120) 중 소스 노드(110)와 목적지 노드(130) 사이의 신호 송수신을 중계하는 중계 노드를 선택하는 중계 노드 선택 방법에 있어서,
상기 복수의 후보 중계 노드(120) 각각에 대해서, 상기 소스 노드(110)와 연결된 제1 링크의 평균 채널 전력 및 상기 목적지 노드(130)와 연결된 제2 링크의 평균 채널 전력을 산출하는 단계;
상기 제1 링크의 평균 채널 전력 및 상기 제2 링크의 평균 채널 전력의 비교 결과에 따라 상기 제1 링크 및 제2 링크 중 평균 채널 전력이 작은 링크를 선택하는 단계; 및
상기 각각의 링크에 대한 채널 정보를 이용하여 복수의 후보 노드 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법.In the relay node selection method for selecting a relay node for relaying the signal transmission and reception between the source node 110 and the destination node 130 of the plurality of candidate relay nodes 120,
Calculating, for each of the plurality of candidate relay nodes (120), an average channel power of a first link connected with the source node (110) and an average channel power of a second link connected with the destination node (130);
Selecting a link having a smaller average channel power among the first link and the second link according to a comparison result of the average channel power of the first link and the average channel power of the second link; And
Selecting one node among a plurality of candidate nodes as a relay node by using channel information of each link;
Relay node selection method comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 복수의 후보 중계 노드(120) 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 단계는 상기 각각의 링크에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio)를 추출하여 상기 복수의 후보 중계 노드(120) 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 것을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법.The method of claim 1,
Selecting one of the plurality of candidate relay nodes 120 as a relay node may include extracting a received signal-to-noise ratio for each link to extract the received signal-to-noise ratio. 120) A method for selecting a relay node, characterized in that any one of the nodes is selected as the relay node. 제3항에 있어서,
상기 복수의 후보 중계 노드(120) 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 단계는 상기 복수의 후보 중계 노드(120) 중 가장 큰 수신 신호 대 잡음비를 제공하는 후보 중계 노드를 중계 노드로 선택하는 것을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법.The method of claim 3,
Selecting any one of the plurality of candidate relay nodes 120 as a relay node may include selecting a candidate relay node that provides the largest received signal-to-noise ratio among the plurality of candidate relay nodes 120 as a relay node. Relay node selection method, characterized in that. 복수의 후보 중계 노드들(120) 중 소스 노드(110)와 목적지 노드(130) 사이의 신호 송수신을 중계하는 중계 노드를 선택하는 중계 노드 선택 방법을 이용하는 중계 시스템에 있어서,
상기 복수의 후보 중계 노드들(120) 각각에 대해서, 상기 소스 노드(110)와 연결된 제1 링크의 평균 채널 전력 및 상기 목적지 노드(130)와 연결된 제2 링크의 평균 채널 전력을 산출하는 전력 산출부(210);
상기 제1 링크의 평균 채널 전력 및 상기 제2 링크의 평균 채널 전력의 비교 결과에 따라 상기 제1 링크 및 제2 링크 중 평균 채널 전력이 작은 링크를 선택하는 링크 선택부(220); 및
상기 각각의 링크에 대한 채널 정보를 이용하여 복수의 후보 중계 노드(120) 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 중계 노드 선택부(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법을 이용하는 중계 시스템.In a relay system using a relay node selection method for selecting a relay node for relaying signal transmission and reception between the source node 110 and the destination node 130 of the plurality of candidate relay nodes 120,
For each of the plurality of candidate relay nodes 120, a power calculation for calculating an average channel power of the first link connected to the source node 110 and an average channel power of the second link connected to the destination node 130. Part 210;
A link selector (220) for selecting a link having a smaller average channel power among the first link and the second link according to a comparison result of the average channel power of the first link and the average channel power of the second link; And
Using a relay node selection method characterized in that it comprises a relay node selector 230 for selecting any one of the plurality of candidate relay nodes 120 as a relay node by using the channel information for each link. Relay system. 삭제delete 제5항에 있어서,
상기 중계 노드 선택부(230)는 상기 각각의 링크에 대한 수신 신호 대 잡음비(Signal-to-Noise Ratio)를 추출하여 상기 복수의 후보 중계 노드 중 어느 하나의 노드를 중계 노드로 선택하는 것을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법을 이용하는 중계 시스템.The method of claim 5,
The relay node selecting unit 230 selects any one node among the plurality of candidate relay nodes as a relay node by extracting a signal-to-noise ratio for each link. Relay system using a relay node selection method. 제7항에 있어서,
상기 중계 노드 선택부(230)는 상기 복수의 후보 중계 노드들 중 가장 큰 수신 신호 대 잡음비를 제공하는 후보 중계 노드를 중계 노드로 선택하는 것을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법을 이용하는 중계 시스템. The method of claim 7, wherein
The relay node selecting unit 230 selects a candidate relay node providing the largest received signal-to-noise ratio among the plurality of candidate relay nodes as a relay node.
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