KR101293609B1 - Method for optimum relay selection in bidirectional cooperative diversity networks - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소스 단말, 목적지 단말 및 중계 단말을 포함하는 협동 통신 네트워크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 중계 단말과 하나의 소스 단말, 하나의 목적지 단말을 포함하는 양방향 협동 통신 네트워크에서 아웃티지(outage) 확률을 최소화하는 중계 단말을 선택하는 방안에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 제1 소스 노드, 제2 소스 노드 및 상기 제1소스 노드로부터 수신한 신호를 제2 소스 노드로 전송하며, 상기 제2소스 노드로부터 수신한 신호를 제1 소스 노드로 전송하는 복수의 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 아웃티지(outage) 확률을 최소로 하는 중계 노드를 선택하는 방법에 있어서, 제1타임 슬롯에서 상기 제1 소스 노드에서 전송되어 상기 제2 소스 노드가 직접 수신한 제1 신호의 제1 수신 전력을 산출하는 단계; 제2타임 슬롯에서 상기 제2 소스 노드에서 전송되어 상기 제1 소스 노드가 직접 수신한 제2 신호의 제2 수신 전력을 산출하고, 산출된 상기 제1 수신 전력과 제2 수신 전력을 이용하여 제1 소스 노드와 제2 소스 노드 상호간에 직접 송수신된 신호에 신호대 잡음비를 산출하는 단계; 각 중계 노드별로 상기 제1타임 슬롯에서 수신된 상기 제1 신호에 대한 제1 중계 수신 전력과 상기 제2타임 슬롯에서 수신된 상기 제2 신호에 대한 제2 중계 수신 전력의 합인 중계 노드 합산 수신 전력을 산출하는 단계; 상기 제1 중계 수신 전력과 상기 제2 중계 수신 전력을 이용하여 중계 노드를 경유한 제1 신호에 대한 제1 경유 신호대 잡음비와 상기 중계 노드를 경유한 제2 신호에 대한 제2 경유 신호대 잡음비를 산출하는 단계; 각 중계 노드별로 상기 신호대 잡음비와 상기 제1 경유 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제1타임 슬롯에서 전송된 신호에 대한 채널 용량과 상기 신호대 잡음비와 상기 제2 경유 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제2타임 슬롯에서 전송된 신호에 대한 채널을 산출하는 단계; 산출한 상기 채널 용량을 이용하여 각 중계 노드별로 아웃티지 확률을 산출하는 단계; 가장 낮은 아웃티지 확률을 갖는 중계 노드를 이용하여 신호를 송수신하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a cooperative communication network including a source terminal, a destination terminal, and a relay terminal. More particularly, the present invention relates to an outage (in a two-way cooperative communication network including a plurality of relay terminals, one source terminal, and one destination terminal). The present invention relates to a method for selecting a relay terminal that minimizes outage.
To this end, the signals received from the first source node, the second source node, and the first source node of the present invention are transmitted to the second source node, and the signals received from the second source node are transmitted to the first source node. A method for selecting a relay node that minimizes an outage probability in a cooperative communication network including a plurality of relay nodes, the method comprising: transmitting from the first source node in a first time slot to directly transmit the second source node; Calculating a first received power of the received first signal; Calculating a second received power of a second signal transmitted from the second source node in a second time slot and directly received by the first source node, and using the calculated first received power and the second received power; Calculating a signal-to-noise ratio to a signal directly transmitted and received between the first source node and the second source node; Relay node summed reception power which is a sum of a first relay reception power for the first signal received in the first time slot and a second relay reception power for the second signal received in the second time slot for each relay node. Calculating; Calculate a first pass-through signal-to-noise ratio for the first signal via the relay node and a second pass-through signal-to-noise ratio for the second signal via the relay node using the first relay receive power and the second relay receive power. Making; Channel capacity for a signal transmitted in the first time slot using the signal-to-noise ratio and the first pass-through signal-to-noise ratio for each relay node, and in the second time slot using the signal-to-noise ratio and the second pass-through signal-to-noise ratio. Calculating a channel for the transmitted signal; Calculating an outage probability for each relay node using the calculated channel capacity; Transmitting and receiving a signal using a relay node having the lowest outage probability.

Description

양방향 협동 통신 네트워크에서 최적의 중계 단말 선택 방법{Method for optimum relay selection in bidirectional cooperative diversity networks}Method for Optimal Relay Selection in Bidirectional Cooperative Communication Networks {Method for optimum relay selection in bidirectional cooperative diversity networks}

본 발명은 두 개의 소스 단말 및 중계 단말을 포함하는 협동 통신 네트워크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 중계 단말과 두 개의 소스 단말을 포함하는 양방향 협동 통신 네트워크에서 아웃티지(outage) 확률을 최소화하는 중계 단말을 선택하는 방안에 관한 것이다.
The present invention relates to a cooperative communication network including two source terminals and a relay terminal, and more particularly, to minimize outage probability in a bidirectional cooperative communication network including a plurality of relay terminals and two source terminals. The present invention relates to a method for selecting a relay terminal.

무선 네트워크를 구현 시 최근 다중 안테나(MIMO: multiple-input-multiple-output) 기술이 제안되어 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 이러한 다중 안테나 기술을 이용해 디지털 기기간의 무선 네트워크를 구현하면 전력 소모가 커지며 단말기의 사이즈가 커져 휴대성이 떨어지게 되고 시스템의 구조가 복잡해지고 가격이 비싸지는 단점들이 존재한다. 이러한 다중 안테나 기술의 문제점을 해결하기 위해 하나의 안테나를 가진 여러 단말들이 협동하여 다중 안테나 기술을 분산된 방식으로 구현할 수 있는 협동 통신 네트워크에 대한 연구가 최근 많이 이루어지고 있다. Recently, multiple antenna (MIMO: multiple-input-multiple-output) technology has been proposed to implement a wireless network. However, implementing a wireless network between digital devices using such a multi-antenna technology increases power consumption, increases the size of the terminal, reduces portability, complicates the system structure, and increases the cost. In order to solve the problem of the multi-antenna technology, a number of researches on a cooperative communication network that can implement a multi-antenna technology in a distributed manner by cooperation of several terminals having a single antenna have been made recently.

도 1은 협동 통신 네트워크를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 의하면, 협동 통신 네트워크는 소스 단말(S)로부터 목적지 단말(D)로 통신되는 데이터를 복호하고 포워딩하기 위한 중계들을 사용하는 중계 단말(R)를 포함할 수 있다. 따라서 소스 단말(S)는 목적지 단말(D)로 직접 또는 중계 단말(R)를 통하여 연결될 수 있다. 소스 단말(S) 주변에 중계 단말들이 없다면, 소스 단말(S)는 목적지 단말(D)로 직접 연결된다. 그러나 소스 단말(S)는 중계 단말(R)에 근접한 위치에 있거나, 중계 단말(R)를 이용하는 것이 전력 소비 등과 같은 특정 메트릭의 관점에서 장점이 있다면, 단말은 중계 단말(R)를 통하여 기지국으로 연결될 수 있다.1 is a diagram schematically illustrating a cooperative communication network. According to FIG. 1, the cooperative communication network may include a relay terminal R using relays for decoding and forwarding data communicated from the source terminal S to the destination terminal D. FIG. Therefore, the source terminal S may be directly connected to the destination terminal D or through the relay terminal R. FIG. If there are no relay terminals around the source terminal S, the source terminal S is directly connected to the destination terminal D. However, if the source terminal (S) is in close proximity to the relay terminal (R), or if the use of the relay terminal (R) has advantages in terms of certain metrics, such as power consumption, the terminal is to the base station through the relay terminal (R) Can be connected.

도 1에 도시된 바와 같이, 복호 및 포워딩 시나리오에서, 일련의 시간 프레임들이 활용된다, 여기서 각 시간 프레임은 2개의 시간 슬롯을 갖는다. 첫 번째 시간 슬롯에서, 소스 단말은 전력 레벨 P1에서 전송하고, 중계 단말과 수신 단말은 소스 단말로부터 신호를 수신한다. 두 번째 시간 슬롯에서, 중계 단말은 소스 단말로부터 수신한 신호를 수신 단말로 포워딩하며, 수신 단말은 단말들 간의 협동 다이버시티를 활용하기 위하여, 두 신호들을, 즉, 소스 단말로부터 직접적으로 수신한 신호와 중계 단말에 의하여 중계된 신호를 조합한다.As shown in FIG. 1, in a decoding and forwarding scenario, a series of time frames are utilized, where each time frame has two time slots. In the first time slot, the source terminal transmits at power level P1, and the relay terminal and the receiving terminal receive signals from the source terminal. In the second time slot, the relay terminal forwards the signal received from the source terminal to the receiving terminal, and the receiving terminal receives two signals, ie, a signal directly received from the source terminal, in order to take advantage of cooperative diversity between the terminals. And a signal relayed by the relay terminal.

또한, 단방향 협동 통신 네트워크 이외에 주파수 대역의 비효율성을 해결하기 위해 두 단말이 동시에 정보를 전송하여 주파수 대역의 효율성을 유지하는 양방향 협동 통신 네트워크에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. In addition, in order to solve the inefficiency of the frequency band in addition to the unidirectional cooperative communication network, a lot of researches have been made on the bidirectional cooperative communication network in which two terminals simultaneously transmit information to maintain the efficiency of the frequency band.

그 중 다수의 중계 단말이 있는 양방향 협동 통신 시스템에서 다른 기기들로부터의 상호 간섭과 신호 상쇄를 극복하고 전송의 신뢰성을 높이기 위해 세 가지 기술이 많이 연구되어왔다. 분산된 빔형성 (distributed beamforming), 분산된 시공간 부호화기 (distributed space-time code), 그리고 중계 단말 선택 (relay selection)이다. 그 중 분산된 빔형성과 분산된 시공간 부호화기는 다수의 중계 단말기끼리의 시간/주파수 동기(time/frequency synchronization)가 일치해야 한다는 단점이 있다. In the bidirectional cooperative communication system having a plurality of relay terminals, three technologies have been studied to overcome mutual interference and signal cancellation from other devices and to increase transmission reliability. Distributed beamforming, distributed space-time code, and relay terminal selection. The distributed beamforming and the distributed space-time coder have a disadvantage in that time / frequency synchronization of a plurality of relay terminals must match.

하지만 중계 단말 선택 기술은 이러한 동기가 필요 없어 실제 시스템에서 쉽게 구현될 수 있다는 장점이 있다. 이러한 중계 단말 선택 기술이 단방향 협동 통신 네트워크에서는 많이 이루어져 있으나, 아직 양방향 협동 통신 네트워크에서는 구체적인 논의가 없다.However, the relay terminal selection technique does not require such synchronization, and thus may be easily implemented in an actual system. Although such a relay terminal selection technique is made in a unidirectional cooperative communication network, there is no concrete discussion in a bidirectional cooperative communication network yet.

본 발명이 해결하려는 과제는 두 개의 소스 단말과 하나의 중계 단말을 포함하는 양방향 협동 통신 네트워크에서 아웃티지 확률을 최소화하는 중계 단말을 선택하는 방안을 제안한다.An object of the present invention is to propose a method of selecting a relay terminal for minimizing the probability of outage in a bidirectional cooperative communication network including two source terminals and one relay terminal.

이를 위해 본 발명의 제1 소스 노드, 제2 소스 노드 및 상기 제1소스 노드로부터 수신한 신호를 제2 소스 노드로 전송하며, 상기 제2소스 노드로부터 수신한 신호를 제1 소스 노드로 전송하는 복수의 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 아웃티지(outage) 확률을 최소로 하는 중계 노드를 선택하는 방법에 있어서, 상기 제1 소스 노드에서 전송되어 상기 제2 소스 노드가 직접 수신한 제1 신호의 제1 수신 전력을 산출하는 단계; 상기 제2 소스 노드에서 전송되어 상기 제1 소스 노드가 직접 수신한 제2 신호의 제2 수신 전력을 산출하고, 산출된 상기 제1 수신 전력과 제2 수신 전력을 이용하여 제1 소스 노드와 제2 소스 노드 상호간에 직접 송수신된 신호에 신호대 잡음비를 산출하는 단계; 각 중계 노드별로 수신된 상기 제1 신호에 대한 제1 중계 수신 전력과 수신된 상기 제2 신호에 대한 제2 중계 수신 전력의 합인 중계 노드 합산 수신 전력을 산출하는 단계; 상기 제1 중계 수신 전력과 상기 제2 중계 수신 전력을 이용하여 중계 노드를 경유한 제1 신호에 대한 제1 경유 신호대 잡음비와 상기 중계 노드를 경유한 제2 신호에 대한 제2 경유 신호대 잡음비를 산출하는 단계; 상기 신호대 잡음비와 상기 제1 경유 신호대 잡음비와 상기 제2 경유 신호대 잡음비를 이용하여 각 중계 노드별로 채널 용량을 산출하는 단계; 상기 채널 용량을 이용하여 각 중계 노드별로 아웃티지 확률을 산출하는 단계를 포함한다.To this end, the signals received from the first source node, the second source node, and the first source node of the present invention are transmitted to the second source node, and the signals received from the second source node are transmitted to the first source node. A method for selecting a relay node that minimizes outage probability in a cooperative communication network including a plurality of relay nodes, the method comprising: a first signal transmitted from the first source node and directly received by the second source node; Calculating a first received power of; Computing the second received power of the second signal transmitted from the second source node directly received by the first source node, and using the calculated first received power and the second received power and the first source node and the second received power; Calculating a signal-to-noise ratio to signals directly transmitted and received between two source nodes; Calculating relay node total received power that is a sum of a first relay received power for the first signal received for each relay node and a second relay received power for the received second signal; Calculate a first pass-through signal-to-noise ratio for the first signal via the relay node and a second pass-through signal-to-noise ratio for the second signal via the relay node using the first relay receive power and the second relay receive power. Doing; Calculating a channel capacity for each relay node using the signal-to-noise ratio, the first via signal-to-noise ratio, and the second via signal-to-noise ratio; Calculating an outage probability for each relay node using the channel capacity.

이를 위해 본 발명의 제1 소스 노드, 제2 소스 노드 및 상기 제1소스 노드로부터 수신한 신호를 제2 소스 노드로 전송하며, 상기 제2소스 노드로부터 수신한 신호를 제1 소스 노드로 전송하는 복수의 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 아웃티지(outage) 확률을 최소로 하는 중계 노드를 선택하는 방법에 있어서, 제1타임 슬롯에서 상기 제1 소스 노드에서 전송되어 상기 제2 소스 노드가 직접 수신한 제1 신호의 제1 수신 전력을 산출하는 단계; 제2타임 슬롯에서 상기 제2 소스 노드에서 전송되어 상기 제1 소스 노드가 직접 수신한 제2 신호의 제2 수신 전력을 산출하고, 산출된 상기 제1 수신 전력과 제2 수신 전력을 이용하여 제1 소스 노드와 제2 소스 노드 상호간에 직접 송수신된 신호에 신호대 잡음비를 산출하는 단계; 각 중계 노드별로 상기 제1타임 슬롯에서 수신된 상기 제1 신호에 대한 제1 중계 수신 전력과 상기 제2타임 슬롯에서 수신된 상기 제2 신호에 대한 제2 중계 수신 전력의 합인 중계 노드 합산 수신 전력을 산출하는 단계; 상기 제1 중계 수신 전력과 상기 제2 중계 수신 전력을 이용하여 중계 노드를 경유한 제1 신호에 대한 제1 경유 신호대 잡음비와 상기 중계 노드를 경유한 제2 신호에 대한 제2 경유 신호대 잡음비를 산출하는 단계; 각 중계 노드별로 상기 신호대 잡음비와 상기 제1 경유 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제1타임 슬롯에서 전송된 신호에 대한 채널 용량과 상기 신호대 잡음비와 상기 제2 경유 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제2타임 슬롯에서 전송된 신호에 대한 채널을 산출하는 단계; 산출한 상기 채널 용량을 이용하여 각 중계 노드별로 아웃티지 확률을 산출하는 단계; 가장 낮은 아웃티지 확률을 갖는 중계 노드를 이용하여 신호를 송수신하는 단계를 포함한다.To this end, the signals received from the first source node, the second source node, and the first source node of the present invention are transmitted to the second source node, and the signals received from the second source node are transmitted to the first source node. A method for selecting a relay node that minimizes an outage probability in a cooperative communication network including a plurality of relay nodes, the method comprising: transmitting from the first source node in a first time slot to directly transmit the second source node; Calculating a first received power of the received first signal; Calculating a second received power of a second signal transmitted from the second source node in a second time slot and directly received by the first source node, and using the calculated first received power and the second received power; Calculating a signal-to-noise ratio to a signal directly transmitted and received between the first source node and the second source node; Relay node summed reception power which is a sum of a first relay reception power for the first signal received in the first time slot and a second relay reception power for the second signal received in the second time slot for each relay node. Calculating; Calculate a first pass-through signal-to-noise ratio for the first signal via the relay node and a second pass-through signal-to-noise ratio for the second signal via the relay node using the first relay receive power and the second relay receive power. Doing; Channel capacity for a signal transmitted in the first time slot using the signal-to-noise ratio and the first pass-through signal-to-noise ratio for each relay node, and in the second time slot using the signal-to-noise ratio and the second pass-through signal-to-noise ratio. Calculating a channel for the transmitted signal; Calculating an outage probability for each relay node using the calculated channel capacity; Transmitting and receiving a signal using a relay node having the lowest outage probability.

본 발명에 따른 두 개의 소스 노드와 다수의 중계 노드를 포함하는 양방향 협동 통신 네트워크에서 아웃티지를 최소화하는 중계 노드를 이용하여 소스 노드간 신호를 송수신함으로써 최적의 신호 전송 경로를 획득할 수 있으며, 수신된 신호에 대한 신뢰성을 높일 수 있게 된다.In the bidirectional cooperative communication network including two source nodes and a plurality of relay nodes according to the present invention, an optimal signal transmission path may be obtained by transmitting and receiving signals between source nodes using a relay node that minimizes outage. It is possible to increase the reliability of the signal.

도 1은 협동 통신 네트워크를 도시하고 있으며,
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 두 개의 소스 단말, 하나의 중계 단말을 포함하는 양방향 협동 통신 네트워크를 도시하고 있으며,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 두 개의 소스 단말, 복수의 중계 단말을 포함하는 양방향 협동 통신 네트워크를 도시하고 있다.1 illustrates a cooperative communication network,
2 illustrates a two-way cooperative communication network including two source terminals and one relay terminal according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a two-way cooperative communication network including two source terminals and a plurality of relay terminals according to an embodiment of the present invention.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through this embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 두 개의 소스 단말(소스 노드)과 하나의 중계 단말(중계 노드)을 포함하는 양방향 협동 통신 네트워크를 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 두 개의 소스 단말과 하나의 중계 단말을 포함하는 양방향 통신 네트워크에서 신호의 전송 형태에 대해 알아보기로 한다.2 illustrates a two-way cooperative communication network including two source terminals (source nodes) and one relay terminal (relay nodes) according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a transmission form of a signal in a bidirectional communication network including two source terminals and one relay terminal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

도 2에 의하면, 양방향 협동 통신 네트워크에서 소스 단말들은 중계 단말의 중계하여 상호간의 신호를 송수신한다. 소스 단말에서 중계 단말을 중계하여 다른 소스 단말로 신호를 전송하는데 세 개의 타임 슬롯이 필요하다.According to FIG. 2, source terminals in a bidirectional cooperative communication network relay and transmit signals to and from each other. Three time slots are required to transmit a signal to another source terminal by relaying the relay terminal from the source terminal.

첫 번째 타임 슬롯에서 제1소스 단말은 신호를 중계 단말과 제2소스 단말로 전송하며, 두 번째 타임 슬롯에서 제2소스 단말은 신호를 중계 단말과 제1소스 노드로 전송한다. 그리고 세 번째 타임 슬롯에서 중계 단말은 제1소스 노드와 제2소스 노드로부터 수신한 신호를 결합하여 제1소스 노드와 제2소스 노드로 재전송한다. 이러한 재전송을 통해서 각각의 소스 단말들은 서로 다른 두개의 전송 경로를 통해 신호를 수신하게 되며, 다이버시티 차수(diversity order)를 늘려, 신호의 충실도를 높일 수 있다.In the first time slot, the first source terminal transmits a signal to the relay terminal and the second source terminal, and in the second time slot, the second source terminal transmits the signal to the relay terminal and the first source node. In the third time slot, the relay terminal combines the signals received from the first source node and the second source node and retransmits them to the first source node and the second source node. Through such retransmission, each source terminal receives a signal through two different transmission paths, and increases the diversity order, thereby increasing the fidelity of the signal.

이러한 양방향 통신 네트워크에서 다수의 중계 단말이 존재하는 경우 다른 기기들로부터의 상호 간섭과 신호 상쇄를 극복하고 전송의 신뢰성을 높이기 위해 세 가지 기술이 많이 연구되어왔다. 분산된 빔형성 (distributed beamforming), 분산된 시공간 부호화기 (distributed space-time code), 그리고 중계 단말 선택 (relay selection)이다. 그 중 분산된 빔형성과 분산된 시공간 부호화기는 다수의 중계 단말기끼리의 시간/주파수 동기(time/frequency synchronization)가 일치해야 한다는 단점이 있다. 하지만 중계 단말 선택 기술은 이러한 동기가 필요 없어 실제 시스템에서 쉽게 구현될 수 있다는 장점이 있다. When there are a plurality of relay terminals in such a bidirectional communication network, three technologies have been studied in order to overcome mutual interference and signal cancellation from other devices and to increase transmission reliability. Distributed beamforming, distributed space-time code, and relay terminal selection. The distributed beamforming and the distributed space-time coder have a disadvantage in that time / frequency synchronization of a plurality of relay terminals must match. However, the relay terminal selection technique does not require such synchronization, and thus may be easily implemented in an actual system.

도 3은 복수의 중계 단말을 포함하는 양방향 통신 네트워크를 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 복수의 중계 단말을 포함하는 양방향 통신 네트워크에 대해 상세하게 알아보기로 한다.3 shows a bidirectional communication network including a plurality of relay terminals. Hereinafter, a bidirectional communication network including a plurality of relay terminals will be described in detail with reference to FIG. 3.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이 각 소스 단말들은 하나의 신호를 서로 다른 두 개의 신호 경로(직접 경로, 전달 경로)를 통해 신호를 전송 받게 된다. 먼저, 제2 소스 단말에서 직접 경로(S2→S1)를 통해 첫 번째 타임 슬롯에 수신된 신호 z1과 제1 소스 단말에서 직접 경로(S1→S2))를 통해 두 번째 타임 슬롯에 수신된 신호 z2는 하기 수학식 1 또는 수학식 2와 같다.As shown in FIG. 3, each source terminal receives a signal through two different signal paths (direct path and transmission path). First, a second time slot via a signal z 1 received in a first time slot through a direct path (S 2 → S 1 ) at a second source terminal and a direct path (S 1 → S 2 ) at a first source terminal. The received signal z 2 is represented by Equation 1 or 2 below.

Figure 112011074560457-pat00001
Figure 112011074560457-pat00001

Figure 112011074560457-pat00002
Figure 112011074560457-pat00002

이때, Es는 두 개의 소스에서의 전송전력을 나타내고, ho는 두 소스 단말(S1과 S2) 사이의 채널 정보이고,

Figure 112011074560457-pat00003
는 소스 단말
Figure 112011074560457-pat00004
가 전송한 정보이며,
Figure 112011074560457-pat00005
과
Figure 112011074560457-pat00006
는 첫 번째 타임 슬롯과 두 번째 타임 슬롯에 S1와 S2에서의 가산성 백색잡음(additive white Gaussian noise)을 나타낸다. In this case, Es represents the transmission power of two sources, ho is channel information between two source terminals (S 1 and S 2 ),
Figure 112011074560457-pat00003
Source terminal
Figure 112011074560457-pat00004
Information sent by
Figure 112011074560457-pat00005
and
Figure 112011074560457-pat00006
Denotes additive white Gaussian noise at S 1 and S 2 in the first and second time slots.

그러므로 직접 경로를 통해 수신된 신호의 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR)

Figure 112011074560457-pat00007
은 하기 수학식 3과 같다.Therefore, the signal-to-noise ratio (SNR) of the signal received through the direct path
Figure 112011074560457-pat00007
Is as shown in Equation 3 below.

Figure 112011074560457-pat00008
Figure 112011074560457-pat00008

두 번째로 중계 단말을 이용한 전달 경로를 통한 신호를 살펴본다.

Figure 112013038028920-pat00009
번째 중계 단말인
Figure 112013038028920-pat00010
에서 첫 번째 타임 슬롯에 수신된 신호
Figure 112013038028920-pat00011
과 두 번째 타임 슬롯에 수신된 신호
Figure 112013038028920-pat00012
는 하기 수학식 4 또는 수학식 5와 같다.Second, look at the signal through the transmission path using the relay terminal.
Figure 112013038028920-pat00009
The first relay terminal
Figure 112013038028920-pat00010
Received signal in first time slot in
Figure 112013038028920-pat00011
Received in second and second time slots
Figure 112013038028920-pat00012
Is equal to Equation 4 or Equation 5 below.

Figure 112011074560457-pat00013
Figure 112011074560457-pat00013

Figure 112011074560457-pat00014
Figure 112011074560457-pat00014

이때,

Figure 112013038028920-pat00015
은 소스 단말
Figure 112013038028920-pat00016
와 중계 단말
Figure 112013038028920-pat00017
사이의 채널 정보이고,
Figure 112013038028920-pat00018
과
Figure 112013038028920-pat00019
는 첫 번째와 두 번째 타임 슬롯에 중계 단말인
Figure 112013038028920-pat00020
에서의 가산성 백색잡음인데, 각각의 분산은 1로 가정한다. At this time,
Figure 112013038028920-pat00015
Source terminal
Figure 112013038028920-pat00016
And relay terminal
Figure 112013038028920-pat00017
Channel information between
Figure 112013038028920-pat00018
and
Figure 112013038028920-pat00019
Is the relay terminal in the first and second time slots.
Figure 112013038028920-pat00020
This is an additive white noise at, with each variance assumed to be 1.

그러면 중계 단말인

Figure 112013038028920-pat00021
에서 결합한 신호
Figure 112013038028920-pat00022
는 하기 수학식 6과 같이 주어진다.The relay terminal
Figure 112013038028920-pat00021
Combined signal from
Figure 112013038028920-pat00022
Is given by Equation 6 below.

Figure 112011074560457-pat00023
Figure 112011074560457-pat00023

이때, α는

Figure 112011074560457-pat00024
과
Figure 112011074560457-pat00025
를 결합 비율을 나타내는 결합 상수로
Figure 112011074560457-pat00026
이다. 그러므로 전달 경로(S1→R→S2)를 통해 S2에서 수신된 신호의 신호대 잡음비 와 전달 경로(S2→R→S1)를 통해 S1에서 수신된 신호의 신호대 잡음비 는 하기 수학식 7 또는 수학식 8과 같이 주어진다.Where α is
Figure 112011074560457-pat00024
and
Figure 112011074560457-pat00025
Is a binding constant that represents the binding ratio
Figure 112011074560457-pat00026
to be. Therefore, transmission path (S 1 → R → S 2 ) a signal-to-noise ratio of the signal received at S 1 via the signal-to-noise ratio and the transmission path (S 2 → R → S 1 ) of the signal received at S 2 by the following equation 7 or (8).

Figure 112011074560457-pat00027
Figure 112011074560457-pat00027

Figure 112011074560457-pat00028
Figure 112011074560457-pat00028

이때,

Figure 112011074560457-pat00029
이고,
Figure 112011074560457-pat00030
이다.
At this time,
Figure 112011074560457-pat00029
ego,
Figure 112011074560457-pat00030
to be.

수학식 3과 수학식 7, 수학식 8을 이용하여 S1에서 S2로의 채널 용량 (channel capacity)

Figure 112011074560457-pat00031
과 S2에서 S1로의 채널 용량
Figure 112011074560457-pat00032
는 수학식 9 또는 수학식 10과 같이 주어진다.Channel capacity from S 1 to S 2 using Equations 3, 7, and 8
Figure 112011074560457-pat00031
Channel capacity from and S 2 to S 1
Figure 112011074560457-pat00032
Is given by Equation 9 or Equation 10.

Figure 112011074560457-pat00033
Figure 112011074560457-pat00033

Figure 112011074560457-pat00034
Figure 112011074560457-pat00034

수학식 9와 수학식 10을 이용하면 번째 중계 단말인 을 통할 때의 아웃티지(outage) 확률

Figure 112013038028920-pat00035
을 다음과 같이 구할 수 있다. 만약 각각의 단말이 동일하다면, 전체 네트워크에서 지원해야 하는 전송률이 R이라면, 각각의 채널용량은 R/2을 지원해야 한다. 그러므로
Figure 112013038028920-pat00036
은
Figure 112013038028920-pat00037
이 R/2보다 작거나
Figure 112013038028920-pat00038
이 R/2보다 작을 때의 확률이므로 하기 수학식 11과 같이 나타내어진다.Using Equation 9 and Equation 10, the probability of outage when passing through the i th relay terminal,
Figure 112013038028920-pat00035
Can be obtained as follows. If each terminal is the same, if the transmission rate that should be supported in the entire network is R, each channel capacity should support R / 2. therefore
Figure 112013038028920-pat00036
silver
Figure 112013038028920-pat00037
Is less than R / 2
Figure 112013038028920-pat00038
Since the probability is less than R / 2, it is represented by the following expression (11).

Figure 112011074560457-pat00039
Figure 112011074560457-pat00039

Figure 112011074560457-pat00040

Figure 112011074560457-pat00040

아웃티지 확률

Figure 112013038028920-pat00041
을 최소화하기 위해서는
Figure 112013038028920-pat00042
를 최대화해야 하므로 중계 단말 선택은 다음의 수학식 12와 같이 주어진다. Outage odds
Figure 112013038028920-pat00041
In order to minimize
Figure 112013038028920-pat00042
Since it is necessary to maximize the relay terminal selection is given by the following equation (12).

Figure 112011074560457-pat00043
Figure 112011074560457-pat00043

그러므로 수학식 12를 바탕으로 선택되어진 중계 단말

Figure 112013038028920-pat00044
을 통해 양방향 통신을 하면, 아웃티지 확률을 최소화할 수 있다. Therefore, the relay terminal selected based on Equation 12
Figure 112013038028920-pat00044
Through bi-directional communication, the probability of outage can be minimized.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention .

S: 소스 단말 R: 중계 단말
D: 목적지 단말S: source terminal R: relay terminal
D: destination terminal

Claims (5)

제1 소스 노드, 제2 소스 노드 및 상기 제1소스 노드로부터 수신한 신호를 제2 소스 노드로 전송하며, 상기 제2소스 노드로부터 수신한 신호를 제1 소스 노드로 전송하는 복수의 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 아웃티지(outage) 확률을 최소로 하는 중계 노드를 선택하는 방법에 있어서,
상기 제1 소스 노드에서 전송되어 상기 제2 소스 노드가 직접 수신한 제1 신호의 제1 수신 전력을 산출하는 단계;
상기 제2 소스 노드에서 전송되어 상기 제1 소스 노드가 직접 수신한 제2 신호의 제2 수신 전력을 산출하고, 산출된 상기 제1 수신 전력과 제2 수신 전력을 이용하여 제1 소스 노드와 제2 소스 노드 상호간에 직접 송수신된 신호에 신호대 잡음비를 산출하는 단계;
각 중계 노드별로 수신된 상기 제1 신호에 대한 제1 중계 수신 전력과 수신된 상기 제2 신호에 대한 제2 중계 수신 전력의 합인 중계 노드 합산 수신 전력을 산출하는 단계;
상기 제1 중계 수신 전력과 상기 제2 중계 수신 전력을 이용하여 중계 노드를 경유한 제1 신호에 대한 제1 경유 신호대 잡음비와 상기 중계 노드를 경유한 제2 신호에 대한 제2 경유 신호대 잡음비를 산출하는 단계;
상기 신호대 잡음비와 상기 제1 경유 신호대 잡음비와 상기 제2 경유 신호대 잡음비를 이용하여 각 중계 노드별로 채널 용량을 산출하는 단계;
상기 채널 용량을 이용하여 각 중계 노드별로 아웃티지 확률을 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법.
A plurality of relay nodes for transmitting a signal received from a first source node, a second source node and the first source node to a second source node, and transmits a signal received from the second source node to a first source node. A method for selecting a relay node that minimizes outage probability in a cooperative communication network, the method comprising:
Calculating a first received power of a first signal transmitted from the first source node and directly received by the second source node;
Computing the second received power of the second signal transmitted from the second source node directly received by the first source node, and using the calculated first received power and the second received power and the first source node and the second received power; Calculating a signal-to-noise ratio to signals directly transmitted and received between two source nodes;
Calculating relay node total received power that is a sum of a first relay received power for the first signal received for each relay node and a second relay received power for the received second signal;
Calculate a first pass-through signal-to-noise ratio for the first signal via the relay node and a second pass-through signal-to-noise ratio for the second signal via the relay node using the first relay receive power and the second relay receive power. Making;
Calculating a channel capacity for each relay node using the signal-to-noise ratio, the first via signal-to-noise ratio, and the second via signal-to-noise ratio;
And calculating an outage probability for each relay node using the channel capacity.
제 1항에 있어서, 상기 협동 통신 네트워크에서 지원해야 하는 전송률이 R이라면 단방향의 채널용량은 R/2보다 작음을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법.
2. The method of claim 1, wherein the channel capacity in one direction is less than R / 2 if the data rate supported by the cooperative communication network is R.
제 2항에 있어서, 각 중계 노드별 아웃티지 확률은 하기 수학식 13과 같음을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법.
[수학식 13]
Figure 112013038028920-pat00045

Figure 112013038028920-pat00046


Figure 112013038028920-pat00047
: l번째 중계 노드의 아웃티지 확률
Figure 112013038028920-pat00058
: l번째 중계 노드를 경유한 제1 신호에 대한 채널 용량
Figure 112013038028920-pat00059
: l번째 중계 노드를 경유한 제2 신호에 대한 채널 용량
The method of claim 2, wherein the outage probability for each relay node is represented by Equation (13).
&Quot; (13) "
Figure 112013038028920-pat00045

Figure 112013038028920-pat00046


Figure 112013038028920-pat00047
: Outage probability of lth relay node
Figure 112013038028920-pat00058
: channel capacity for the first signal via the l th relay node
Figure 112013038028920-pat00059
: channel capacity for the second signal via the l th relay node
제 3항에 있어서, 상기 중계 노드별 채널 용량은 하기 수학식 14와 같음을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법.
[수학식 14]
Figure 112011074560457-pat00048

Figure 112011074560457-pat00049


Figure 112011074560457-pat00050
: 신호대 잡음비
Figure 112011074560457-pat00051
: l번째 중계 노드를 경유한 제1 신호에 대한 신호대 잡음비
Figure 112011074560457-pat00052
: l번째 중계 노드를 경유한 제2 신호에 대한 신호대 잡음비
Figure 112011074560457-pat00053
: l번째 중계 노드를 경유한 제1 신호에 대한 채널 용량
Figure 112011074560457-pat00054
: l번째 중계 노드를 경유한 제2 신호에 대한 채널 용량
4. The method of claim 3, wherein the channel capacity of each relay node is as shown in Equation 14.
&Quot; (14) "
Figure 112011074560457-pat00048

Figure 112011074560457-pat00049


Figure 112011074560457-pat00050
Signal to noise ratio
Figure 112011074560457-pat00051
: Signal to noise ratio for the first signal via the l th relay node
Figure 112011074560457-pat00052
: Signal to noise ratio for the second signal via the l th relay node
Figure 112011074560457-pat00053
: channel capacity for the first signal via the l th relay node
Figure 112011074560457-pat00054
: channel capacity for the second signal via the l th relay node
제1 소스 노드, 제2 소스 노드 및 상기 제1소스 노드로부터 수신한 신호를 제2 소스 노드로 전송하며, 상기 제2소스 노드로부터 수신한 신호를 제1 소스 노드로 전송하는 복수의 중계 노드를 포함하는 협동 통신 네트워크에서 아웃티지(outage) 확률을 최소로 하는 중계 노드를 선택하는 방법에 있어서,
제1타임 슬롯에서 상기 제1 소스 노드에서 전송되어 상기 제2 소스 노드가 직접 수신한 제1 신호의 제1 수신 전력을 산출하는 단계;
제2타임 슬롯에서 상기 제2 소스 노드에서 전송되어 상기 제1 소스 노드가 직접 수신한 제2 신호의 제2 수신 전력을 산출하고, 산출된 상기 제1 수신 전력과 제2 수신 전력을 이용하여 제1 소스 노드와 제2 소스 노드 상호간에 직접 송수신된 신호에 신호대 잡음비를 산출하는 단계;
각 중계 노드별로 상기 제1타임 슬롯에서 수신된 상기 제1 신호에 대한 제1 중계 수신 전력과 상기 제2타임 슬롯에서 수신된 상기 제2 신호에 대한 제2 중계 수신 전력의 합인 중계 노드 합산 수신 전력을 산출하는 단계;
상기 제1 중계 수신 전력과 상기 제2 중계 수신 전력을 이용하여 중계 노드를 경유한 제1 신호에 대한 제1 경유 신호대 잡음비와 상기 중계 노드를 경유한 제2 신호에 대한 제2 경유 신호대 잡음비를 산출하는 단계;
각 중계 노드별로 상기 신호대 잡음비와 상기 제1 경유 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제1타임 슬롯에서 전송된 신호에 대한 채널 용량과 상기 신호대 잡음비와 상기 제2 경유 신호대 잡음비를 이용하여 상기 제2타임 슬롯에서 전송된 신호에 대한 채널을 산출하는 단계;
산출한 상기 채널 용량을 이용하여 각 중계 노드별로 아웃티지 확률을 산출하는 단계;
가장 낮은 아웃티지 확률을 갖는 중계 노드를 이용하여 신호를 송수신하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 중계 노드 선택 방법.A plurality of relay nodes for transmitting a signal received from a first source node, a second source node and the first source node to a second source node, and transmits a signal received from the second source node to a first source node. A method for selecting a relay node that minimizes outage probability in a cooperative communication network, the method comprising:
Calculating a first received power of a first signal transmitted from the first source node in a first time slot and directly received by the second source node;
Calculating a second received power of a second signal transmitted from the second source node in a second time slot and directly received by the first source node, and using the calculated first received power and the second received power; Calculating a signal-to-noise ratio to a signal directly transmitted and received between the first source node and the second source node;
Relay node summed reception power which is a sum of a first relay reception power for the first signal received in the first time slot and a second relay reception power for the second signal received in the second time slot for each relay node. Calculating;
Calculate a first pass-through signal-to-noise ratio for the first signal via the relay node and a second pass-through signal-to-noise ratio for the second signal via the relay node using the first relay receive power and the second relay receive power. Making;
Channel capacity for a signal transmitted in the first time slot using the signal-to-noise ratio and the first pass-through signal-to-noise ratio for each relay node, and in the second time slot using the signal-to-noise ratio and the second pass-through signal-to-noise ratio. Calculating a channel for the transmitted signal;
Calculating an outage probability for each relay node using the calculated channel capacity;
And transmitting / receiving a signal using a relay node having the lowest outage probability.
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KR101460733B1 (en) * 2013-12-19 2014-11-12 국민대학교산학협력단 Method for selecting optimum relay node in Amplify-and-Forward(AF) cooperative communication system with multiple interferers
KR102475217B1 (en) * 2020-07-24 2022-12-09 한밭대학교 산학협력단 Realy seelcting system of powerline communication network based on noma and method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090026085A (en) * 2007-09-06 2009-03-11 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 Method and device for estimating reception quality in radio communication
KR20110069412A (en) * 2009-12-17 2011-06-23 한국전자통신연구원 Apparatus and method for receiving data in wireless communication system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090026085A (en) * 2007-09-06 2009-03-11 닛본 덴끼 가부시끼가이샤 Method and device for estimating reception quality in radio communication
KR20110069412A (en) * 2009-12-17 2011-06-23 한국전자통신연구원 Apparatus and method for receiving data in wireless communication system

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