KR20240091458A - Mimo 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법 및 그 장치 - Google Patents

Mimo 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법 및 그 장치 Download PDF

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KR20240091458A
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Abstract

본 발명의 목적은 반이중 중계기를 이용하여 송신 신호를 중계시 발생하는 전송률 감소를 개선하기 위해 공간 시간 블록 코드(STBC : Space Time Block Code) 기반의 양방향(Two-Way) 중계 기술을 사용하고, 양방향 중계 기술을 사용시 사용되는 복수의 중계기 간에 발생하는 중계기 간 간섭을 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 신호 검출을 이용하여 제거하는 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법은, 복수의 중계기가 각각의 타임 슬롯 동안 송신기로부터 전송된 데이터 신호를 수신부에 의해 수신하는 단계; 및 복수의 상기 중계기를 사용하여 발생되는 중계기간 간섭(IRI : Inter Relay Interference) 성분을 제거부에 의해 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법 및 그 장치{Method for Signal Relaying in the MIMO based Relay Communication System and apparatus thereof}
본 발명은 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선 통신 시스템에서 중계기간 간섭 성분을 MIMO 신호 검출을 이용하여 제거하는 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
이동 통신을 포함하는 다양한 무선 통신 네트워크의 커버리지를 높이기 위한 대표적인 방법 중 하나로 중계 통신 기술이 있다.
이러한 중계 통신 기술에 이용되는 중계기는 신호의 송신과 수신을 동시에 수행할 수 있는 전이중 방식의 중계기와 송신 및 수신을 동시에 수행할 수 없는 반이중 방식의 중계기로 구분할 수 있다.
최근 이동 통신 네트워크 기지국이 수용할 수 있는 현실적인 커버리지 한계를 향상시키기 위한 반이중 중계 통신 환경이 이용되고 있다.
그러나 반이중 중계기는 홉 수가 증가할수록 달성 가능한 최대 전송률이 선형적으로 감소하는 문제점이 있었고, 이를 해결하는 방안이 요구되고 있다.
또한, 전송률의 감소 문제를 해결시 발생할 수 있는 중계기 간 간섭(IRI : Inter Relay Interference)을 제거하기 위한 방안이 요구되고 있다.
국내 등록특허공보 제10-0984737호
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반이중 중계기를 이용하여 송신 신호를 중계시 발생하는 전송률 감소를 개선하기 위해 공간 시간 블록 코드(STBC : Space Time Block Code) 기반의 양방향(Two-Way) 중계 기술을 사용하고, 양방향 중계 기술을 사용시 사용되는 복수의 중계기 간에 발생하는 중계기 간 간섭을 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 신호 검출을 이용하여 제거하는 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법은, 복수의 중계기가 각각의 타임 슬롯 동안 송신기로부터 전송된 데이터 신호를 수신부에 의해 수신하는 단계; 및 복수의 상기 중계기를 사용하여 발생되는 중계기간 간섭(IRI : Inter Relay Interference) 성분을 제거부에 의해 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에서, T1과, T2의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X1과 X2를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에서, T3과, T4의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X3과 X4를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에서, T3과, T4의 타임 슬롯 동안 복수의 중계기 중 하나의 중계기에서 수신기로 STBC 방식을 이용하여 복조 신호 과 를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에서, 상기 복조 신호 과 가 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에 전송되어 중계기간 간섭을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에서, 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에서 수신된 데이터 신호는 하기 수식 1인 것을 특징으로 한다.
[수식 1]
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에서, 상기 수식 1에 MIMO 신호 검출을 적용하여 상기 중계기간 간섭을 분리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법은, 선택부에 의해 복수의 중계기를 선택하는 단계; 상기 송신기로부터 복수의 중계기로 데이터 신호가 전송부에 의해 각각 전송되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 시스템은, MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에 의해 수행된다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치는, 중계기를 복수로 선택하는 선택부; 선택된 중계기로 데이터 신호를 전송하는 전송부; 각각의 타임 슬롯 동안 송신기로부터 전송된 데이터 신호를 수신하는 수신부; 및 복수의 중계기를 사용하여 발생되는 중계기간 간섭(IRI : Inter Relay Interference) 성분을 제거하는 제거부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치에서, T1과, T2의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X1과 X2를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치에서, T3과, T4의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X3과 X4를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치에서, T3과, T4의 타임 슬롯 동안 복수의 중계기 중 하나의 중계기에서 수신기로 STBC 방식을 이용하여 복조 신호 과 를 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치에서, 상기 복조 신호 과 가 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에 전송되어 중계기간 간섭을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치에서, 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에서 수신된 데이터 신호는 하기 수식 1인 것을 특징으로 한다.
[수식 1]
또한, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치에서, 상기 수식 1에 MIMO 신호 검출을 적용하여 상기 중계기간 간섭을 분리하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
본 발명에 의하면, 반이중 중계기를 이용하여 송신 신호를 중계시 발생하는 전송률 감소를 개선하기 위해 공간 시간 블록 코드(STBC : Space Time Block Code) 기반의 양방향(Two-Way) 중계 기술을 사용하고, 양방향 중계 기술을 사용시 사용되는 복수의 중계기 간에 발생하는 중계기 간 간섭을 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 신호 검출을 이용하여 제거하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법의 흐름을 나타내는 플로우 차트.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법과, 종래 방법의 처리율(Throughput) 성능을 비교한 그래프.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, MIMO 기반의 중계 통신 시스템(1000)은 송신기(10)와, 복수의 중계기인 제 1 중계기(20) 및 제 2 중계기(21)와, 신호 중계 장치(100)를 포함한다.
본 실시예에서는 설명의 용이함을 위해 복수의 중계기를 2개로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 데이터 전송률을 향상시키기 위해 다수의 중계기를 사용할 수도 있다.
송신기(10)에서 송신되는 데이터 신호는 중계기를 통해 수신기(도시 생략)로 수신된다.
본 발명의 일 실시예에서는 이동 통신 네트워크 기지국이 수용할 수 있는 현실적인 커버리지 한계를 향상시키기 위한 반이중 중계 통신 환경을 고려하여 반이중 방식의 중계기를 이용한다.
반이중 중계기는 홉 수가 증가할수록 달성 가능한 최대 전송률이 선형적으로 감소하기 때문에 이를 해결해야 한다.
본 실시예에서는 쌍방향(two-way) 중계 기술을 적용하여 낭비되는 전송 아이들(idle) 타임을 감소시켜 전송률 감소 문제를 해결한다.
그러나 이 과정에서 두 개의 중계기를 사용하기 때문에 중계기 간 간섭(IRI : Inter Relay Interference)이 발생하고, 이를 제거하기 위해 MIMO 신호 검출 기법을 이용한다.
본 발명은 무선 통신 시스템에서 반이중 중계기를 이용한 송신 신호 중계시 발생하는 전송률 감소 문제를 해결하기 위한 반이중 중계 통신 시스템에서 데이터 전송률을 향상 시킬 수 있는 신호 중계 방법 및 그 장치를 제공한다.
이에 대해, 도 2 및 도 3을 참조하여 좀 더 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템(1000)에서 고속의 신호 중계 장치(100)는 선택부(110)와, 전송부(120)와, 수신부(130)와, 제거부(140)를 포함한다.
선택부(110)는 중계기(20, 21)를 복수로 선택한다.
본 실시예에서는 설명의 용이함을 위해 복수의 중계기를 2개로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 데이터 전송률을 향상시키기 위해 다수의 중계기를 사용할 수도 있다.
즉, 선택부(110)는 제 1 중계기(20)와, 제 2 중계기(21)를 선택한다.
전송부(120)는 선택된 중계기로 데이터 신호를 전송한다.
수신부(130)는 각각의 타임 슬롯 동안 송신기(10)로부터 전송된 데이터 신호를 수신한다.
제거부(140)는 복수의 중계기를 사용하여 발생되는 중계기간 간섭 성분을 제거한다.
본 발명에서는 반이중 중계 장치의 데이터 전송률을 향상시키기 위해 쌍방향 중계기를 사용하여 낭비되는 전송 아이들 타임(idle time)을 줄일 수 있다.
하기 표 1은 종래의 기법에서 사용하는 신호 전송 테이블이며, 이를 위한 테이블은 다음과 같이 정의될 수 있다.
[표 1]
상기 표 1에서 S는 송신기를 의미하고, R은 중계기를 의미한다.
또한, A1과 A2는 각각 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 송신 안테나의 인덱스 1과 2를 의미한다.
신호의 전송 단계로는 T1과 T2의 타임 슬롯 동안 S에서 R로 공간 시간 블록 코드(STBC : Space Time Block Code)를 이용하여 X1과 X2 데이터를 전송하고, T3과 T4의 타임 슬롯 동안 R에서 수신기로 공간 시간 블록 코드를 이용하여 복조 신호 과 를 전송한다.
송신기에서는 IRI 성분을 고려하여 T3과, T4의 타임 슬롯 동안 다른 신호 전송을 하지 않기 때문에 타임 슬롯의 낭비가 발생하는 부분을 확인할 수 있다.
본 발명에서 두 개의 중계기를 사용하여 데이터를 송신하면서, 전송률을 향상 시킬 수 있는 신호 중계 기법을 제안하며, 이를 위한 신호 전송 테이블은 하기 표 2와 같이 정의된다.
하기 표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에서 사용하는 신호 전송 테이블이다.
[표 2]
상기 표 2는 전체 타임 슬롯을 4로 지정했을 때 신호 전송 테이블을 의미하며, S는 송신기(10)를 의미하고, R1과 R2는 각각 제 1 중계기(20)와, 제 2 중계기(21)를 의미한다.
신호 전송 단계로는 T1과 T2 타임 슬롯 동안 송신기(10) S에서 제 1 중계기(S20) R1로 STBC 방식을 이용하여 X1과 X2 데이터 신호를 전송한다.
하지만, 종래의 기법과는 다르게 본 실시에에 따른 기법에서는 T3과 T4 타임 슬롯 동안 송신기(10) S에서 제 2 중계기(21) R2로 STBC를 이용하여 X3과 X4 데이터를 전송한다.
같은 시간, 즉 같은 타임 슬롯 동안 제 1 중계기(20) R1에서 수신기(도시 생략)로 STBC를 이용하여 복조 신호 과 를 전송하게 되는데, 해당 복조 신호가 제2 중계기(21) R2에도 전파되기 때문에 중계기간 간섭이 발생한다.
종래의 기법은 상기 표 1처럼 신호를 동시에 송수신할 수 없기 때문에, 송신기 S에서 낭비되는 타임 슬롯이 발생하지만, 본 실시예에 따른 기법은 상기 표 2처럼 송신기(10) S에서 타임 슬롯의 낭비 없이 신호를 전송한다.
종래의 기법과 본 실시예에 따른 기법의 최대 전송률은 각각 2n / 4n 과, (4n - 2) / 4n 이고, 타임 슬롯이 증가할수록 본 실시예에 따른 기법은 중계를 수행하지 않은 시스템과 동일한 전송률을 갖게되는 효과가 있다.
환언하면, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템(1000)의 고속의 신호 중계 장치(100)에서, T1과, T2의 타임 슬롯 동안 송신기(10)에서 복수의 중계기 중 하나의 중계기인 제 1 중계기(20)로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X1과 X2를 전송한다.
또한, T3과, T4의 타임 슬롯 동안 송신기(10)에서 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기인 제 2 중계기(20)로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X3과 X4를 전송한다.
같은 시간인 T3과, T4의 타임 슬롯 동안 복수의 중계기 중 하나의 중계기인 제 1 중계기(20)에서 수신기(도시 생략)로 STBC 방식을 이용하여 복조 신호 과 를 전송한다.
이때, 복조 신호 과 가 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에 전송되어 중계기간 간섭을 발생시킨다.
여기서, 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기인 제 2 중계기(21)에서 수신된 데이터 신호는 하기 수식 1로 표현할 수 있다.
[수식 1]
또한, 하기 수식 2는 상기 수식 1에 대해 표현한 식이다.
[수식 2]
상기 수식 1에서 편의상 잡음은 없다고 가정하며, 는 R1의 j번째 송신 안테나에서 R2의 i번째 수신 안테나로의 무선 채널 계수를 나타내며, 이는 중계기간 간섭 성분에 해당하는 무선 채널을 의미한다.
본 발명에서는 상기 수식 1에 MIMO 신호 검출 기술을 적용하여 X3과 X4를 검출함으로써 중계기간 간섭 성분을 분리한다.
여기서, MIMO 신호 검출 기술로는 QRD-M나, ZF와 같은 기법을 이용할 수 있다.
예컨대, QRD-M 기법은 채널 정렬을 기반으로 신호 검출 순위를 정하는데, 일반적으로 중계기간 간섭 성분이 원하는(desired) 성분보다 지배적이기 때문에, 채널 정렬을 통해 중계기간 간섭을 제거하여 포스트 신호대 잡읍비(post SINR)를 극대화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치는 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에 의해 수행될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법의 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법은 4개의 핵심 단계를 포함한다.
제 1 단계(S100)에서는, 선택부(110)에 의해 복수의 중계기(예들 들어 제 1 중계기(20)와, 제 2 중계기(21))를 선택한다.
선택부(110)는 중계기를 복수로 선택한다.
본 실시예에서는 설명의 용이함을 위해 복수의 중계기를 2개로 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 데이터 전송률을 향상시키기 위해 다수의 중계기를 사용할 수도 있다.
즉, 선택부(110)는 제 1 중계기(20)와, 제 2 중계기(21)를 선택한다.
제 2 단계(S200)에서는, 송신기(10)로부터 복수의 중계기(20, 21)로 데이터 신호가 전송부(120)에 의해 각각 전송된다.
전송부(120)는 선택된 중계기로 데이터 신호를 전송한다.
좀더 상세하게는 송신부(10)에서 2개의 중계기인 제 1 중계기(20)와, 제 2 중계기(21)로 4개의 타임 슬롯을 통해 각각의 데이터를 전송한다.
제 3 단계(S300)에서는, 복수의 중계기(20, 21)가 각각의 타임 슬롯 동안 송신기(10)로부터 전송된 데이터 신호를 수신부(130)에 의해 수신한다.
수신부(130)는 각각의 타임 슬롯 동안 송신기(10)로부터 전송된 데이터 신호를 수신한다.
좀 더 상세하게는 제 1 중계기(20)에서 타임 슬롯 1과, 2의 전송 신호를 수신한다.
또한, 제 2 중계기(21)에서 타임 슬롯 3과 4의 전송 신호와, 제 1 중계기(20)의 전송 신호, 즉 간섭 신호를 수신하게 된다.
제 4 단계(S400)에서는, 복수의 중계기(20, 21)를 사용하여 발생되는 중계기간 간섭(IRI : Inter Relay Interference) 성분을 제거부(140)에 의해 제거한다.
제거부(140)는 복수의 중계기를 사용하여 발생되는 중계기간 간섭 성분을 제거한다.
즉, 제 2 중계기(21)가 수신받은 신호에서 간섭 성분을 제거한다.
이후, 제 2 중계기(21)에서 간섭 성분이 제거된 신호를 수신기(도시 생략)로 전송한다.
본 발명에서는 반이중 중계 장치의 데이터 전송률을 향상시키기 위해 쌍방향 중계기를 사용하여 낭비되는 전송 아이들 타임(idle time)을 줄일 수 있다.
상술한 표 1에서 S는 송신기를 의미하고, R은 중계기를 의미한다.
또한, A1과 A2는 각각 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 송신 안테나의 인덱스 1과 2를 의미한다.
신호의 전송 단계로는 T1과 T2의 타임 슬롯 동안 S에서 R로 공간 시간 블록 코드(STBC : Space Time Block Code)를 이용하여 X1과 X2 데이터를 전송하고, T3과 T4의 타임 슬롯 동안 R에서 수신기로 공간 시간 블록 코드를 이용하여 복조 신호 과 를 전송한다.
송신기에서는 IRI 성분을 고려하여 T3과, T4의 타임 슬롯 동안 다른 신호 전송을 하지 않기 때문에 타임 슬롯의 낭비가 발생하는 부분을 확인할 수 있다.
본 발명에서 두 개의 중계기를 사용하여 데이터를 송신하면서, 전송률을 향상 시킬 수 있는 신호 중계 기법을 제안하며, 이를 위한 신호 전송 테이블은 상술한 표 2와 같이 정의된다.
상술한 표 2는 전체 타임 슬롯을 4로 지정했을 때 신호 전송 테이블을 의미하며, S는 송신기(10)를 의미하고, R1과 R2는 각각 제 1 중계기(20)와, 제 2 중계기(21)를 의미한다.
신호 전송 단계로는 T1과 T2 타임 슬롯 동안 송신기(10) S에서 제 1 중계기(S20) R1로 STBC 방식을 이용하여 X1과 X2 데이터 신호를 전송한다.
하지만, 종래의 기법과는 다르게 본 실시에에 따른 기법에서는 T3과 T4 타임 슬롯 동안 송신기(10) S에서 제 2 중계기(21) R2로 STBC를 이용하여 X3과 X4 데이터를 전송한다.
같은 시간, 즉 같은 타임 슬롯 동안 제 1 중계기(20) R1에서 수신기(도시 생략)로 STBC를 이용하여 복조 신호 과 를 전송하게 되는데, 해당 복조 신호가 제2 중계기(21) R2에도 전파되기 때문에 중계기간 간섭이 발생한다.
종래의 기법은 상기 표 1처럼 신호를 동시에 송수신할 수 없기 때문에, 송신기 S에서 낭비되는 타임 슬롯이 발생하지만, 본 실시예에 따른 기법은 상기 표 2처럼 송신기(10) S에서 타임 슬롯의 낭비 없이 신호를 전송한다.
종래의 기법과 본 실시예에 따른 기법의 최대 전송률은 각각 2n / 4n 과, (4n - 2) / 4n 이고, 타임 슬롯이 증가할수록 본 실시예에 따른 기법은 중계를 수행하지 않은 시스템과 동일한 전송률을 갖게되는 효과가 있다.
환언하면, 본 발명에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에서, T1과, T2의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X1과 X2를 전송한다.
또한, T3과, T4의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X3과 X4를 전송한다.
같은 시간인 T3과, T4의 타임 슬롯 동안 복수의 중계기 중 하나의 중계기인 제 1 중계기(20)에서 수신기(도시 생략)로 STBC 방식을 이용하여 복조 신호 과 를 전송한다.
이때, 복조 신호 과 가 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에 전송되어 중계기간 간섭을 발생시킨다.
여기서, 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기인 제 2 중계기(21)에서 수신된 데이터 신호는 상술한 수식 1로 표현할 수 있다.
또한, 상술한 수식 2는 상기 수식 1에 대해 표현한 식이다.
상술한 수식 1에서 편의상 잡음은 없다고 가정하며, 는 R1의 j번째 송신 안테나에서 R2의 i번째 수신 안테나로의 무선 채널 계수를 나타내며, 이는 중계기간 간섭 성분에 해당하는 무선 채널을 의미한다.
본 발명에서는 상기 수식 1에 MIMO 신호 검출 기술을 적용하여 X3과 X4를 검출함으로써 중계기간 간섭 성분을 분리한다.
여기서, MIMO 신호 검출 기술로는 QRD-M나, ZF와 같은 기법을 이용할 수 있다.
예컨대, QRD-M 기법은 채널 정렬을 기반으로 신호 검출 순위를 정하는데, 일반적으로 중계기간 간섭 성분이 원하는(desired) 성분보다 지배적이기 때문에, 채널 정렬을 통해 중계기간 간섭을 제거하여 포스트 신호대 잡읍비(post SINR)를 극대화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법과, 종래 방법의 처리율(Throughput) 성능을 비교한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 종래의 기법과 본 발명에 따른 기법의 최대 전송률은 각각 2n / 4n 과 (4n - 2) / 4n 이고, 타임 슬롯이 증가할수록 본 발명에 따른 기법은 중계를 수행하지 않은 시스템과 동일한 전송률을 갖게되는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 반이중 중계기를 이용하여 송신 신호를 중계시 발생하는 전송률 감소를 개선하기 위해 공간 시간 블록 코드(STBC : Space Time Block Code) 기반의 양방향(Two-Way) 중계 기술을 사용하고, 양방향 중계 기술을 사용시 사용되는 복수의 중계기 간에 발생하는 중계기 간 간섭을 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 신호 검출을 이용하여 제거하는 효과가 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
10 : 송신기
20 : 제 1 중계기
21 : 제 2 중계기
100 : 신호 중계 장치
110 : 선택부
120 : 전송부
130 : 수신부
140 : 제거부

Claims (16)

  1. 복수의 중계기가 각각의 타임 슬롯 동안 송신기로부터 전송된 데이터 신호를 수신부에 의해 수신하는 단계; 및
    복수의 상기 중계기를 사용하여 발생되는 중계기간 간섭(IRI : Inter Relay Interference) 성분을 제거부에 의해 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    T1과, T2의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X1과 X2를 전송하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    T3과, T4의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X3과 X4를 전송하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    T3과, T4의 타임 슬롯 동안 복수의 중계기 중 하나의 중계기에서 수신기로 STBC 방식을 이용하여 복조 신호 과 를 전송하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복조 신호 과 가 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에 전송되어 중계기간 간섭을 발생시키는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에서 수신된 데이터 신호는 하기 수식 1인 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법.
    [수식 1]

  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 수식 1에 MIMO 신호 검출을 적용하여 상기 중계기간 간섭을 분리하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    선택부에 의해 복수의 중계기를 선택하는 단계;
    상기 송신기로부터 복수의 중계기로 데이터 신호가 전송부에 의해 각각 전송되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 방법에 의해 수행되는 MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치.
  10. 중계기를 복수로 선택하는 선택부;
    선택된 중계기로 데이터 신호를 전송하는 전송부;
    각각의 타임 슬롯 동안 송신기로부터 전송된 데이터 신호를 수신하는 수신부; 및
    복수의 중계기를 사용하여 발생되는 중계기간 간섭(IRI : Inter Relay Interference) 성분을 제거하는 제거부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    T1과, T2의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X1과 X2를 전송하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    T3과, T4의 타임 슬롯 동안 상기 송신기에서 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기로 STBC 방식을 이용하여 데이터 신호 X3과 X4를 전송하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    T3과, T4의 타임 슬롯 동안 복수의 중계기 중 하나의 중계기에서 수신기로 STBC 방식을 이용하여 복조 신호 과 를 전송하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복조 신호 과 가 복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에 전송되어 중계기간 간섭을 발생시키는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    복수의 중계기 중 다른 하나의 중계기에서 수신된 데이터 신호는 하기 수식 1인 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치.
    [수식 1]

  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 수식 1에 MIMO 신호 검출을 적용하여 상기 중계기간 간섭을 분리하는 것을 특징으로 하는,
    MIMO 기반의 중계 통신 시스템에서 고속의 신호 중계 장치.
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