[go: up one dir, main page]

KR101737834B1 - Method and apparatus of transmitting multiple data streams in mimo relay communication system - Google Patents

Method and apparatus of transmitting multiple data streams in mimo relay communication system Download PDF

Info

Publication number
KR101737834B1
KR101737834B1 KR1020100026979A KR20100026979A KR101737834B1 KR 101737834 B1 KR101737834 B1 KR 101737834B1 KR 1020100026979 A KR1020100026979 A KR 1020100026979A KR 20100026979 A KR20100026979 A KR 20100026979A KR 101737834 B1 KR101737834 B1 KR 101737834B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
data
node
relay
precoding matrix
channel information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
KR1020100026979A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110087188A (en
Inventor
최완
유종열
김동인
서한별
김병훈
Original Assignee
엘지전자 주식회사
성균관대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사, 성균관대학교산학협력단 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to US13/262,619 priority Critical patent/US8750788B2/en
Priority to PCT/KR2010/002054 priority patent/WO2010114344A2/en
Publication of KR20110087188A publication Critical patent/KR20110087188A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101737834B1 publication Critical patent/KR101737834B1/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0619Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal using feedback from receiving side
    • H04B7/0636Feedback format
    • H04B7/0639Using selective indices, e.g. of a codebook, e.g. pre-distortion matrix index [PMI] or for beam selection
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/022Site diversity; Macro-diversity
    • H04B7/026Co-operative diversity, e.g. using fixed or mobile stations as relays
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413MIMO systems
    • H04B7/0456Selection of precoding matrices or codebooks, e.g. using matrices antenna weighting

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

본 발명은 다중안테나 릴레이 시스템의 멀티 데이터 스트림 송수신 방법 및 장치에 관한 것으로서, 다중안테나 릴레이 통신 시스템에서 제1 데이터와 제2 테이터를 포함하는 멀티 데이터 스트림(multiple data stream)을 송수신하는 방법에 있어서, 소스 노드 또는 릴레이 노드로부터 소스 노드와 릴레이 노드 간의 채널 정보를 수신하는 단계; 채널 추정을 통하여 소스 노드와 목적지 노드의 채널 정보 및 릴레이 노드와 목적지 노드의 채널 정보를 획득하는 단계; 상기 획득된 채널 정보를 바탕으로 상기 제1 데이터 및 제2 데이터의 전송률을 계산하여 최적의 프리코딩(precoding) 행렬을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 최적의 프리코딩 행렬 성분을 상기 소스 노드로 피드백하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method and apparatus for transmitting and receiving a multi data stream in a multi-antenna relay system, and in a multi-antenna relay communication system, a method for transmitting and receiving a multiple data stream including a first data and a second data, Receiving channel information between a source node and a relay node from a source node or a relay node; Acquiring channel information of a source node and a destination node and channel information of a relay node and a destination node through channel estimation; Calculating an optimal precoding matrix by calculating a data rate of the first data and a second data based on the obtained channel information; And feeding back the determined optimal precoding matrix component to the source node.

Description

다중안테나 릴레이 시스템의 멀티 데이터 스트림 송수신 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS OF TRANSMITTING MULTIPLE DATA STREAMS IN MIMO RELAY COMMUNICATION SYSTEM}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a multi-data relay system, and more particularly,

본 발명은 릴레이 시스템의 데이터 송수신에 관한 것으로서, 다중안테나(MIMO) 릴레이 시스템에서 데이터 전송률을 최대화하기 위한 프리코딩(precoding) 기법 및 이를 이용한 멀티 데이터 스트림 송수신 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to data transmission and reception in a relay system, and more particularly, to a precoding technique for maximizing a data rate in a multi-antenna (MIMO) relay system and a method and apparatus for transmitting and receiving a multi-data stream using the precoding technique.

최근 무선통신 시스템은 고속 데이터 통신을 원활히 지원하고 더 많은 통화량을 수용하기 위해 서비스 주파수 대역을 점점 높이고 셀 반경은 점차 줄이고 있어서, 기존의 중앙집중적인 셀룰러 무선망 방식을 향후에도 그대로 운용하기에는 많은 문제가 존재한다. 즉, 기지국의 위치가 고정된 종래의 방식에서는 무선링크 구성의 유연성이 떨어지므로 트래픽 분포나 통화 요구량의 변화가 심한 무선환경에서 효율적인 통신 서비스를 제공하기 어렵다.In recent years, wireless communication systems have been increasing in service frequency band and gradually decreasing cell radius in order to support high-speed data communication and to accommodate more calls, and there is a problem in operating the existing centralized cellular wireless network system in the future exist. That is, in the conventional method in which the position of the base station is fixed, the flexibility of the wireless link configuration is poor, and it is difficult to provide an efficient communication service in a wireless environment where the traffic distribution or the call request amount is greatly changed.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로서 LTE-Advanced(Long Term Evolution Advanced) 시스템 또는 E-UTRA(Evolved Universal Terrestrial Radio Access) 시스템으로 불리는 차세대 무선통신 시스템은 릴레이(relay), 보다 구체적으로 다중홉 릴레이(multi-hop relay)를 고려하고 있다. 릴레이 시스템은 셀 영역 내 존재하는 부분적인 음영 지역을 커버하여 셀 서비스 영역을 넓힐 수 있으며, 시스템 용량을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 서비스 요구가 상대적으로 적은 초기 도입 단계에서 설치 비용에 대한 부담을 줄일 수 있다는 장점이 있다.A next generation wireless communication system called LTE-Advanced (Long Term Evolution Advanced) system or E-UTRA (Evolved Universal Terrestrial Radio Access) system is a relay, more specifically a multi-hop relay multi-hop relay. The relay system can expand the cell service area by covering the partial shaded area existing in the cell area and not only can increase the system capacity but also reduce the burden on the installation cost in the initial introduction step in which the service requirement is relatively small There is an advantage that it can be.

릴레이 시스템에서 소스 노드(Source Node)는 다수의 데이터 스트림을 중첩 코딩(superposition coding)을 이용하여 릴레이 노드(Relay Node) 및 목적지 노드(Destination)로 전송할 수 있다. 소스 노드로부터 다중 데이터 스트림을 수신한 릴레이 노드는 이를 복호 및 다시 인코딩하여 목적지 노드로 협력적 데이터 전송을 수행할 수 있다. 이러한 협력 통신 방법은 데이터 전송의 효율성을 높이며, 각 노드의 자원 소비를 보완함은 물론 전체 네트워크의 성능(throughput)을 향상시킬 수 있다. In a relay system, a source node may transmit a plurality of data streams to a relay node and a destination node using superposition coding. The relay node receiving the multiple data streams from the source node can decode and re-encode it and perform cooperative data transmission to the destination node. This collaborative communication method improves the efficiency of data transmission and can improve the throughput of the whole network as well as the resource consumption of each node.

그러나 채널 환경에 따라서는 소스 노드 및 릴레이 노드로부터 전송되는 다수의 데이터 스트림 간에 상호 간섭(interference)이 발생할 수 있으며, 이 경우 목적지 노드에서는 다수의 데이터 스트림을 정상적으로 복호할 수 없는 문제점이 발생한다.However, depending on the channel environment, mutual interference may occur between a plurality of data streams transmitted from the source node and the relay node. In this case, a problem arises that a plurality of data streams can not be normally decoded at the destination node.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 릴레이 노드를 이용한 협력적 데이터 전송시 소스 노드로부터 수신된 다중 데이터 스트림의 부분 정보만을 릴레이 함으로써 멀티 데이터 스트림간 간섭을 해소하는 데이터 송수신 방법 및 장치를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a data transmission and reception method and apparatus for relieving interference between multi data streams by relaying only partial information of multiple data streams received from a source node in cooperative data transmission using a relay node to provide.

또한, 다중안테나(MIMO) 릴레이 시스템에서 데이터 전송률을 최대화하기 위한 프리코딩(precoding) 기법 및 이를 이용한 멀티 데이터 스트림 송수신 방법 및 장치를 제공한다.Also, a precoding technique for maximizing a data rate in a multi-antenna (MIMO) relay system, and a method and apparatus for transmitting and receiving a multi-data stream using the precoding technique are provided.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 다중안테나 릴레이 시스템의 멀티 데이터 스트림 송수신 방법은, 다중안테나 릴레이 통신 시스템에서 제1 데이터와 제2 테이터를 포함하는 멀티 데이터 스트림(multiple data stream)을 송수신하는 방법에 있어서, 소스 노드 또는 릴레이 노드로부터 소스 노드와 릴레이 노드 간의 채널 정보를 수신하는 단계; 채널 추정을 통하여 소스 노드와 목적지 노드 간의 채널 정보 및 릴레이 노드와 목적지 노드 간의 채널 정보를 획득하는 단계; 상기 획득된 채널 정보를 바탕으로 상기 제1 데이터 및 제2 데이터의 전송률을 계산하여 최적의 프리코딩(precoding) 행렬을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 최적의 프리코딩 행렬 성분을 상기 소스 노드로 피드백하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of transmitting and receiving a multi data stream in a multi-antenna relay system, the multi data stream transmitting method comprising: receiving a multi data stream including a first data and a second data in a multi- A method for transmitting / receiving a stream, the method comprising: receiving channel information between a source node and a relay node from a source node or a relay node; Acquiring channel information between a source node and a destination node and channel information between a relay node and a destination node through channel estimation; Calculating an optimal precoding matrix by calculating a data rate of the first data and a second data based on the obtained channel information; And feeding back the determined optimal precoding matrix component to the source node.

바람직하게는, 상기 제2 데이터는 상기 멀티 데이터 스트림 중 릴레이 노드로부터 수신되는 일부의 데이터이며, 상기 제1 데이터는 상기 멀티 데이터 스트림 중 상기 제2 데이터를 제외한 나머지 데이터인 것을 특징으로 한다.Preferably, the second data is a part of data received from a relay node among the multi data streams, and the first data is data other than the second data among the multi data streams.

바람직하게는, 상기 최적의 프리코딩 행렬 결정 단계는, 상기 제1 데이터의 전송률과 제2 데이터의 전송률 중 최소값을 갖는 데이터 전송률이 최대화되도록 상기 프리코딩 행렬을 결정하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the optimal precoding matrix determination step determines the precoding matrix so that a data rate having a minimum of a data rate of the first data and a data rate of the second data is maximized.

바람직하게는 상기 방법은, 상기 소스 노드로부터 멀티 데이터 스트림을 수신하는 단계; 상기 릴레이 노드로부터 상기 제2 데이터가 포함된 일부 데이터 스트림을 수신하는 단계; 및 상기 릴레이 노드로부터 수신된 일부 데이터 스트림에 대해서 우선 복호를 수행한 후, 복호된 제2 데이터를 이용하여 SIC(Successive Interference Cancellation)을 통해서 상기 제1 데이터에 대한 복호를 수행하는 단계를 더 포함한다.Advantageously, the method further comprises: receiving a multi-data stream from the source node; Receiving a partial data stream including the second data from the relay node; And performing a decoding on the first data through SIC (Successive Interference Cancellation) using the decoded second data, after performing a decoding on some data streams received from the relay node .

바람직하게는, 상기 제1 데이터와 제2 데이터가 송신 안테나 별로 각각 중첩 부호화(Per Antenna Superposition Coding)되어 전송되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first data and the second data are subjected to Per Antenna Superposition Coding for each transmit antenna and are transmitted.

바람직하게는, 상기 제1 데이터와 제2 데이터가 송신 안테나 별로 각각 분리되어 부호화(Multi-Layer Superposition Coding)되어 전송되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first data and the second data are separated and encoded according to transmission antennas (Multi-Layer Superposition Coding), and are transmitted.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 다중안테나 릴레이 시스템의 멀티 데이터 스트림 송수신 장치는, 다중안테나 릴레이 통신 시스템에서 제1 데이터와 제2 테이터를 포함하는 멀티 데이터 스트림(multiple data stream)을 송수신하는 장치에 있어서, 소스 노드 또는 릴레이 노드로부터 소스 노드와 릴레이 노드 간의 채널 정보를 수신하는 수신부; 소스 노드와 목적지 노드 간의 채널 정보 및 릴레이 노드와 목적지 노드 간의 채널 상태를 추정하는 채널추정부; 상기 채널추정부를 통해서 획득된 채널 정보를 바탕으로 상기 제1 데이터 및 제2 데이터의 전송률을 계산하여 최적의 프리코딩(precoding) 행렬을 결정하는 제어부; 및 상기 결정된 최적의 프리코딩 행렬 성분을 상기 소스 노드로 피드백하는 송신부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for transmitting and receiving a multi-data stream in a multi-antenna relay system, comprising: a multi-data relay apparatus for transmitting multiple data streams including first data and second data, stream receiving means for receiving channel information between a source node and a relay node from a source node or a relay node; A channel estimator for estimating channel information between a source node and a destination node and a channel state between a relay node and a destination node; A controller for calculating an optimal precoding matrix by calculating a data rate of the first data and a second data based on channel information obtained through the channel estimator; And a transmitter for feeding back the determined optimal precoding matrix component to the source node.

바람직하게는, 상기 제2 데이터는 상기 멀티 데이터 스트림 중 릴레이 노드로부터 수신되는 일부의 데이터이며, 상기 제1 데이터는 상기 멀티 데이터 스트림 중 상기 제2 데이터를 제외한 나머지 데이터인 것을 특징으로 한다.Preferably, the second data is a part of data received from a relay node among the multi data streams, and the first data is data other than the second data among the multi data streams.

바람직하게는 상기 제어부는, 상기 제1 데이터의 전송률과 제2 데이터의 전송률 중 최소값을 갖는 데이터 전송률이 최대화되도록 상기 프리코딩 행렬을 결정하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the controller is configured to determine the precoding matrix so that a data rate having a minimum of a data rate of the first data and a data rate of the second data is maximized.

바람직하게는, 상기 수신부는 제1 전송구간 동안 상기 소스 노드로부터 멀티 데이터 스트림을 수신하고, 제2 전송구간 동안 상기 릴레이 노드로부터 상기 제2 데이터가 포함된 일부 데이터 스트림을 수신하며, 상기 제어부는 상기 릴레이 노드로부터 수신된 일부 데이터 스트림에 대해서 우선 복호를 수행한 후, 복호된 일부 데이터 스트림을 이용하여 SIC(Successive Interference Cancellation)를 통해서 상기 제1 데이터에 대한 복호를 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the receiver receives a multi-data stream from the source node during a first transmission interval and receives a data stream including the second data from the relay node during a second transmission interval, And performs decoding on some of the data streams received from the relay node, and then decodes the first data through SIC (Successive Interference Cancellation) using a part of the decoded data streams.

바람직하게는, 상기 제1 데이터와 제2 데이터가 송신 안테나 별로 각각 중첩 부호화(Per Antenna Superposition Coding)되어 전송되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first data and the second data are subjected to Per Antenna Superposition Coding for each transmit antenna and are transmitted.

바람직하게는, 상기 제1 데이터와 제2 데이터가 송신 안테나 별로 각각 분리되어 부호화(Multi-Layer Superposition Coding)되어 전송되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the first data and the second data are separated and encoded according to transmission antennas (Multi-Layer Superposition Coding), and are transmitted.

본 발명에 따르면, 릴레이 노드를 이용한 협력적 데이터 전송시 소스 노드로부터 수신된 다중 데이터 스트림의 부분 정보만을 릴레이 함으로써 멀티 데이터 스트림간 간섭이 해소되는 효과가 발생한다.According to the present invention, interference between multi-data streams is solved by relaying only partial information of multiple data streams received from a source node in cooperative data transmission using a relay node.

또한, 소스 노드와 릴레이 노드, 릴레이 노드와 목적지 노드 및 소스 노드와 목적지 노드의 채널 상황을 모두 고려한 프리코딩을 통하여 멀티 데이터 스트림이 송수신되기 때문에 데이터 전송률이 극대화되는 효과가 발생한다.In addition, since the multi-data stream is transmitted / received through precoding considering both channel conditions of the source node, the relay node, the relay node, the destination node, and the source node and the destination node, the data transmission rate is maximized.

도 1은 릴레이 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 릴레이 시스템에서 가변 전송률 중첩 코딩을 통한 데이터 스트림 전송 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 PASC 기법을 통한 부분 정보 릴레이 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 MLSC 기법을 통한 부분 정보 릴레이 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 목적지 노드의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
1 is a view schematically showing a configuration of a relay system.
2 is a diagram illustrating a process of transmitting a data stream through variable rate superposition coding in a relay system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a partial information relay process through the PASC technique.
4 is a diagram schematically illustrating a partial information relay process through the MLSC scheme.
5 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a destination node according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 통신 시스템은 음성 및 패킷 데이터 등과 같은 다양한 통신 서비스를 제공하기 위한 시스템으로서 기지국 및 단말을 포함하며, LTE(Long Term Evolution) 시스템 또는 LTE-Advanced 시스템을 대표예로 설명한다.The communication system of the present invention includes a base station and a terminal as a system for providing various communication services such as voice and packet data, and a LTE (Long Term Evolution) system or an LTE-Advanced system will be described as a representative example.

본 발명의 소스 노드는 하향링크 데이터 전송의 경우 기지국이 될 수 있으며, 상향링크 데이터 전송의 경우 단말이 될 수 있다. 또한, 목적지 노드는 하향링크 데이터 전송의 경우 단말이 될 수 있으며, 상향링크 데이터 전송의 경우 기지국이 될 수 있다. 또한, 릴레이 노드는 소스 노드로부터 데이터를 수신하여 목적지 노드로 수신된 데이터를 전달하는 중계국이 될 수 있다.The source node of the present invention may be a base station in case of downlink data transmission and may be a terminal in case of uplink data transmission. In addition, the destination node may be a terminal in case of downlink data transmission, and may be a base station in case of uplink data transmission. The relay node may also be a relay station that receives data from the source node and forwards the received data to the destination node.

본 발명의 단말은 SS(Subscriber Station), UE(User Equipment), ME(Mobile Equipment), MS(Mobile Station) 등으로 불릴 수 있으며, 휴대폰, PDA, 스마트 폰(Smart Phone), 노트북 등과 같이 통신 기능을 갖춘 휴대 가능한 기기 또는 PC, 차량 탑재 장치와 같이 휴대 불가능한 기기를 포함한다.The terminal of the present invention may be called a subscriber station (SS), a user equipment (UE), a mobile equipment (ME), a mobile station Such as a portable device or a PC, or a vehicle-mounted device.

본 발명의 기지국은 단말과 통신하는 고정된 지점을 말하며, eNB(evolved-NodeB), BS(Base Station), BTS(Base Transceiver System), 억세스 포인트(Access Point) 등의 용어로 사용될 수 있다. 하나의 기지국에는 하나 이상의 셀(Cell)이 존재할 수 있으며, 기지국 간에는 사용자 트래픽 또는 제어 트래픽 전송을 위한 인터페이스가 사용될 수 있다. 또한, 하향링크(Downlink)는 기지국으로부터 단말로의 통신 채널을 의미하며, 상향링크(Uplink)는 단말로부터 기지국으로의 통신 채널을 의미한다.The base station of the present invention is a fixed point communicating with a terminal and can be used as an evolved NodeB (eNB), a base station (BS), a base transceiver system (BTS), and an access point. One or more cells may exist in one base station and an interface for transmitting user traffic or control traffic may be used between the base stations. Also, a downlink means a communication channel from a base station to a terminal, and an uplink means a communication channel from a terminal to a base station.

본 발명의 릴레이 노드(relay node; RN)는 릴레이(relay), 중계국, RS(relay station) 등으로 불릴 수 있으며, 기지국과 단말 사이에 설치되어 송수신 신호를 중계함으로써 셀 영역 내에서 발생하는 부분적인 음영 지역을 커버하고 셀 서비스 영역을 넓히며 시스템 용량을 증대시키는 역할을 한다. 릴레이 노드는 기지국과 단말 간에 발생되는 데이터 트래픽을 효과적으로 중계하기 위하여 다중 홉으로 구성될 수도 있으며, 한 위치에 고정되어 운용되거나 또는 이동성을 가질 수도 있다.A relay node (RN) of the present invention can be referred to as a relay, a relay station, a relay station (RS), or the like, and is installed between a base station and a terminal to relay a transmission / reception signal, Covers the shaded area, broadens the cell service area, and increases the system capacity. The relay node may be composed of multiple hops to efficiently relay data traffic generated between the base station and the terminals, or may be fixed or operated in one location or may have mobility.

본 발명의 무선통신 시스템에 적용되는 다중접속 기법은 CDMA(Code Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), SC-FDMA(Single Carrier-FDMA), OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 또는 공지된 다른 변조 기술들과 같은 다중 접속 기법을 모두 포함한다.The multiple access scheme applied to the wireless communication system of the present invention can be applied to various wireless communication systems such as Code Division Multiple Access (CDMA), Time Division Multiple Access (TDMA), Frequency Division Multiple Access (FDMA), Single Carrier- Frequency Division Multiple Access) or other modulation techniques known in the art.

또한, 상기 하향링크와 상향링크 전송을 위한 다중접속 방식은 서로 상이할 수 있으며, 예를 들어 하향링크는 OFDMA 기법을 사용하고 상향링크는 SC-FDMA 기법을 사용할 수도 있다.In addition, the multiple access scheme for downlink and uplink transmission may be different from each other. For example, an OFDMA scheme may be used for the downlink and an SC-FDMA scheme may be used for the uplink.

릴레이 노드를 이용한 협력 통신은 소스-목적지 노드 간의 링크(source-to-destination link, S-D link) 상태가 충분치 않은 경우, 정보 전송의 안정성을 높이고 적은 비용과 적은 전력으로 셀의 커버리지(coverage)를 넓히는 것을 목적으로 하고 있다. 릴레이 노드는 소스 노드로부터 받은 정보를 다시 증폭 혹은 복원해서 목적지 노드로 전송하게 된다. 이때 릴레이 노드의 정보 전송량을 증가시키기 위해 다중입출력(Multiple-input multiple-output; 이하, "MIMO"라 함) 안테나를 사용하게 된다. 이렇게 다중안테나를 사용해서 정보를 전송하게 되면 한 번에 다수의 데이터 스트림을 전송하여 전송량을 증가시키거나 다수의 사용자를 한번에 서비스할 수 있게 된다. 다수의 데이터 스트림을 전송함에 있어서 릴레이-목적지 노드 간의 링크(relay-to-destination link, R-D link)의 상태가 충분히 좋지 못하거나 목적지 노드의 수신 능력이 충분하지 않은 경우 모든 데이터 스트림을 릴레이 노드에서 전부 전송하는 것은 오히려 데이터 전송 효율을 떨어뜨리게 된다. 또한 다중안테나 환경에서 전송 효율을 높이기 위해 소스 노드와 릴레이 노드에서 별도의 신호 처리를 해주어야 한다. Cooperative communication using a relay node can improve the stability of the information transmission when the source-to-destination link (SD link) state is not sufficient and the coverage of the cell with low cost and low power . The relay node amplifies or restores the information received from the source node and transmits it to the destination node. At this time, a multiple-input multiple-output (MIMO) antenna is used to increase the amount of information transmitted from the relay node. When information is transmitted using multiple antennas, a plurality of data streams can be transmitted at one time to increase the transmission capacity or service a plurality of users at once. If the state of the relay-to-destination link (RD link) is not sufficiently good or the receiving node's receiving capability is not sufficient in transmitting a plurality of data streams, all the data streams are transmitted from the relay node The data transmission efficiency is lowered. Also, in order to increase the transmission efficiency in the multi-antenna environment, separate signal processing must be performed at the source node and the relay node.

도 1은 릴레이 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a configuration of a relay system.

기본적인 릴레이 통신 환경은 소스 노드(S), 릴레이 노드(R) 및 목적지 노드(D)가 각각 S-R link(HSR), S-D link(HSD), R-D link(HRD)의 MIMO 채널을 통해 통신을 하게 된다. 도시된 바와 같이 각 링크의 채널 상태를 나타내는 채널 행렬 값은 각각 HSR, HSD, HRD 로 표현될 수 있다.Basic relay communication environment, communication over the MIMO channel from the source node (S), relay nodes (R) and the destination node (D) are SR link (H SR), SD link (H SD), RD link (H RD) respectively, . As shown, the channel matrix values indicating the channel states of the respective links can be expressed as H SR , H SD , and H RD , respectively.

첫 번째 전송 시간 동안, 소스 노드(S)는 다수의 멀티 데이터 스트림으로 구성된 정보를 릴레이 노드(R)와 목적지 노드(D)에 전송한다. 그리고 두 번째 전송 시간 동안, 릴레이 노드(R)는 소스 노드(S)로부터 받은 정보를 목적지 노드(D)에 전달하게 되고 최종적으로 목적지 노드(D)에서는 첫 번째와 두 번째 전송 시간 동안 받은 정보를 조합하여 데이터를 복호한다.During the first transmission time, the source node S transmits information composed of a plurality of multi-data streams to the relay node R and the destination node D. Then, during the second transmission time, the relay node R transmits the information received from the source node S to the destination node D, and finally the information received during the first and second transmission times at the destination node D And decodes the data in combination.

이때 릴레이 노드(R)는 소스 노드(S)로부터 받은 정보를 목적지 노드(D)로 전달하는 방식에 따라서 통상적으로 다음과 같이 두 가지로 구분된다.At this time, the relay node R is divided into the following two types according to the method of transmitting the information received from the source node S to the destination node D as follows.

(1) 소스 노드(S)로부터 수신한 신호의 복호없이 수신한 신호를 바로 증폭하여 목적지 노드(R)로 전송하는 AF(amplify-and-forward) 방식(1) An amplify-and-forward (AF) method in which a signal received from a source node S is directly amplified without being decoded and transmitted to a destination node R

(2) 소스 노드(S)로부터 수신한 신호를 복호한 후 목적지 노드(D)로 신호 전달을 위해 다시 부호화해서 전송하는 DF(decode-and-forward) 방식(2) a decode-and-forward (DF) scheme in which a signal received from a source node S is decoded and then re-encoded for signal transmission to a destination node

상기와 같은 AF 및 DF 릴레이 기법은 각각의 장단점이 존재하며, AF 기법의 경우 구현이 간단하고 릴레이 지연(delay)이 적은 장점이 있는 반면에 릴레이 노드(R)가 수신한 잡음 성분까지도 같이 증폭된다는 단점이 있다. 반면 DF 기법의 경우에는 릴레이 노드(R)에서 별도의 복호 절차를 거쳐야 하므로 구현 복잡도가 높아지고 릴레이 지연이 상대적으로 큰 단점이 있다.The AF and DF relay techniques have advantages and disadvantages, and the AF technique has advantages of simple implementation and less delay, while the noise components received by the relay node R are also amplified There are disadvantages. On the other hand, in the case of the DF scheme, since the relay node R must undergo a separate decoding procedure, the implementation complexity increases and the relay delay is relatively large.

릴레이 시스템에서 다중안테나를 이용하여 다수의 정보 스트림을 전송할 경우에는 그에 따라 얻을 수 있는 정보량은 늘어나게 되지만, S-R 링크 또는 R-D 링크 중 한 곳이 크게 나쁜 경우에는 그 상태에 따라서 보낼 수 있는 정보의 양이 제한적이 된다. 따라서 이와 같이 어느 한쪽의 링크가 안 좋은 경우에 정보량의 제한을 완화하기 위하여 두 번째 전송 시간을 가변적으로 조정하는 것이 바람직하다. 즉 R-D 링크가 좋은 경우에는 두 번째 전송 시간을 짧게, 반대로 R-D 링크가 안 좋은 경우에는 두 번째 전송 시간을 길게 늘려 정보량의 제한을 줄일 수 있다. 그러나 이때 첫 번째 시간 동안 다수의 정보 스트림을 전송하기 때문에 R-D 링크가 안 좋은 경우에 두 번째 전송 시간이 길어지게 되고 시간당 정보 전송량은 오히려 더 나빠질 수 있다. 또한 기존의 릴레이 통신 환경에서의 프리코딩 기법은 소스와 목적지의 직접 링크(S-D 링크)의 영향을 고려하지 않고 소스와 릴레이에서 S-R 링크, R-D 링크만을 보고 설계되었기 때문에, 목적지 노드(D)에서 첫 번째 시간 동안 S-D 링크를 통하여 수신한 정보를 효과적으로 활용할 수 없는 문제점이 발생한다.In a relay system, when a plurality of information streams are transmitted using multiple antennas, the amount of information that can be obtained increases. However, when one of the SR link and the RD link is bad, the amount of information that can be transmitted It is limited. Therefore, it is preferable to variably adjust the second transmission time in order to alleviate the restriction of the amount of information when either one of the links is bad. That is, if the R-D link is good, the second transmission time is short, and if the R-D link is bad, the second transmission time may be long to reduce the information amount limitation. However, since a plurality of information streams are transmitted during the first time, if the R-D link is bad, the second transmission time becomes long and the information transmission amount per hour may be worse. In addition, since precoding in the existing relay communication environment is designed only for the SR link and the RD link in the source and the relay without considering the influence of the direct link (SD link) between the source and the destination, The information received through the SD link during the second time period can not be utilized effectively.

따라서 목적지 노드(D)가 첫 번째 시간 동안 S-D 링크를 통해 받은 정보를 보다 잘 이용하기 위해서는 S-D 링크까지 고려된 프리코딩 기법이 고려되어야 한다.Therefore, in order for the destination node (D) to better utilize the information received over the S-D link during the first time, a precoding scheme considering the S-D link should be considered.

본 발명에서는 종래 DF 방식에서 릴레이 노드(R)가 소스 노드(S)로부터 받은 모든 데이터 스트림을 재전송하는 경우에 시스템의 정보 전송량이 줄어드는 경우의 성능 개선을 도모하기 위하여, 정보 전송의 효율을 높이기 위해 두 번째 전송 시간을 가변적으로 결정할 수 있는 가변적 전송 시간 기법을 제안한다. 이때 릴레이 노드(R)와 목적지 노드(D)는 모두 SIC(successive interference cancellation) 기법을 사용할 수 있는 환경을 고려하여 릴레이 노드에서 부분 정보만을 전송하는 방법을 제안한다. In the present invention, in order to improve the performance in the case where the relay node R retransmits all the data streams received from the source node S in the conventional DF scheme in the case where the information transmission amount of the system decreases, We propose a variable transmission time technique that can determine the second transmission time variably. At this time, both the relay node R and the destination node D propose a method of transmitting only the partial information in the relay node in consideration of the environment in which the successive interference cancellation (SIC) technique can be used.

소스 노드(S)는 보내는 정보를 릴레이 노드(R)가 목적지 노드(D)로 전달할 정보와 릴레이 노드(R)가 전달하지 않을 정보로 나누어 인코딩한다. 이때 소스 노드(S)는 각 송신안테나 마다 상기 두 가지 정보를 중첩 코딩을 통해 인코딩하거나, 릴레이 노드(R)에서 전송할 스트림과 전송하지 않을 스트림을 나누어 인코딩한다. 릴레이 노드(R)와 목적지 노드(D)는 두 가지 정보를 수신할 때 하나의 정보를 간섭을 가지고 복호하고, 복호된 정보를 기존 신호에서 SIC를 통해 제거하여 간섭이 없는 다른 하나의 정보를 수신하게 된다.The source node S encodes the information to be transmitted to the relay node R by information to be transmitted to the destination node D and information to be not transmitted by the relay node R. [ At this time, the source node S encodes the two pieces of information through superposition coding for each transmission antenna, or encodes the stream to be transmitted and the stream to be transmitted from the relay node R, separately. The relay node R and the destination node D decode one information with interference when receiving two pieces of information and remove the decoded information through the SIC from the existing signal to receive another information without interference .

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 릴레이 시스템에서 가변 전송률 중첩 코딩을 통한 데이터 스트림 전송 과정을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a process of transmitting a data stream through variable rate superposition coding in a relay system according to an embodiment of the present invention.

소스 노드(10)에서는 M개의 데이터 스트림을 각각 특정 전송율 r 및 전력 p로 할당하여 중첩 코딩(superposition coding)한 후 릴레이 노드(20) 및 목적지 노드(30)로 전송한다.The source node 10 allocates M data streams with a specific data rate r and a power p, respectively, and performs superposition coding, and then transmits the data streams to the relay node 20 and the destination node 30.

릴레이 노드(20)는 소스 노드(10)로부터 전송된 M개의 데이터 스트림을 수신하여 복호한 후, 이 중 L개의 데이터 스트림을 각각 특정 전송율 ri 및 전력 pi로 할당하여 중첩 코딩 후 목적지 노드(30)로 전달한다.The relay node 20 receives and decodes the M data streams transmitted from the source node 10 and assigns the L data streams among the M data streams to a specific data rate r i and power p i , 30).

목적지 노드(30)는 릴레이 노드(20)로부터 전달된 L개의 데이터 스트림을 먼저 복호한 후, 복호 성공한 L개의 데이터 스트림을 기반으로 SIC를 이용하여 소스 노드(10)로부터 전송된 M개의 데이터 스트림에서 나머지 데이터 스트림을 복호하여 전체 데이터 스트림 복호를 완료한다. The destination node 30 first decodes the L data streams transmitted from the relay node 20 and then decodes the M data streams transmitted from the source node 10 using the SIC based on the L data streams that have been successfully decoded And decodes the remaining data stream to complete decoding of the entire data stream.

즉, 소스 노드(10) 및 릴레이 노드(20)는 M개의 데이터 스트림과 L개의 데이터 스트림을 각각 가변 전송률 중첩코딩(Variable Rate Superposition Coding; 이하, VRSC라 함)하여 목적지 노드(30)로 전송하고, 목적지 노드(30)는 릴레이 노드(20)로부터 전송되는 L개의 데이터 스트림 복호를 우선 수행하여 이를 통해서 나머지 데이터 스트림에 대한 복호를 완료한다. 이와 같이, 릴레이 노드(20)가 소스 노드(10)로부터 전송된 전체 데이터 스트림을 모두 목적지 노드(30)로 전송하지 않고 일부 데이터 스트림만을 목적지 노드(30)로 전달함으로써, 멀티 데이터 스트림 간의 간섭을 줄일 수 있으며 목적지 노드(30)는 M개의 데이터 스트림을 SIC를 이용하여 효율적으로 복호할 수 있다.That is, the source node 10 and the relay node 20 respectively transmit M data streams and L data streams to the destination node 30 by variable rate superposition coding (VRSC) , The destination node 30 firstly decodes the L data streams transmitted from the relay node 20 to complete the decoding of the remaining data streams. In this manner, the relay node 20 transmits only the entire data stream transmitted from the source node 10 to the destination node 30 without transmitting all the data streams to the destination node 30, And the destination node 30 can efficiently decode the M data streams using the SIC.

바람직하게는, 상기 VRSC 코딩 기법은 전체 송신 안테나 ns를 몇 개의 서브 그룹 nsi로 분류함으로서, 다중 송신 안테나를 통한 데이터 스트림 전송에도 적용될 수 있다. 예를 들어 평균 채널 이득 정보를 이용할 수 있다고 가정하면, 각 안테나 그룹 별로 VRSC를 위한 최적의 전송률 및 전력 할당이 먼저 수행되고 이를 통해서 VRSC 코딩을 수행하여 멀티 데이터 스트림을 전송한다.Advantageously, the VRSC coding scheme can be applied to data stream transmission through multiple transmit antennas by classifying the entire transmit antenna n s into several subgroups n si . For example, if it is assumed that the average channel gain information can be used, optimal transmission rate and power allocation for VRSC are performed first for each antenna group, and then VRSC coding is performed to transmit the multi data stream.

VRSC를 통해서 소스 노드(10)로부터 인코딩되어 전송되는 다중화된 데이터 스트림을 수신한 릴레이 노드(20)는 순차복호 및 전달(Successive Decode and Forward, 이하 SuDF라 함) 프로토콜을 통해서 목적지 노드(30)로 데이터 스트림을 전달한다. 상기 SuDF는 다중 병렬 데이터 스트림을 순차 복호(successive decoding)를 통하여 다수의 서브 병렬(sub-parallel) 데이터 스트림으로 분해하여 중첩 코딩후 전송하는 것을 의미한다.The relay node 20 receiving the multiplexed data stream encoded and transmitted from the source node 10 through the VRSC transmits the data stream to the destination node 30 through a Successive Decode and Forward And delivers the data stream. The SuDF means decomposing a parallel parallel data stream into a plurality of sub-parallel data streams through successive decoding, super-coding, and transmitting the data.

릴레이 노드(20)는 성공적으로 복호된 데이터 스트림들을 데이터 전송률이 높은 순서로 나열하여, 바람직하게는 전송률이 높은 순서로부터 일부의 데이터 스트림을 서브 그룹으로 형성하여 목적지 노드(30)로 전달한다. 또한, 상대적으로 전송률이 낮은 데이터 스트림들은 소스 노드(10)와 목적지 노드(30)간의 데이터 전송 에러 발생시 H-ARQ와 같은 데이터 재전송을 릴레이 노드(20)에서 목적지 노드(30)로 수행할 수도 있기 때문에 릴레이 노드(20)의 버퍼(buffer)에 저장하여 추후 데이터 재전송을 위한 용도로도 활용될 수가 있다.The relay node 20 arranges the decrypted data streams in descending order of data rate, and preferably forms a part of the data streams from the highest transmission rate to the destination node 30. Data streams with relatively low data rates may also perform data retransmission, such as H-ARQ, from the relay node 20 to the destination node 30 when a data transmission error occurs between the source node 10 and the destination node 30 Therefore, it can be stored in the buffer of the relay node 20 and utilized for data retransmission later.

이와 같은 방법을 통해서 릴레이 노드(20)로부터 목적지 노드(30)로 전송된 협력적 데이터 스트림들은 데이터 스트림 간의 간섭이 줄어들기 때문에 보다 성공적으로 목적지 노드(30)에서 복호될 수 있다.Cooperative data streams transmitted from the relay node 20 to the destination node 30 through this method can be more successfully decoded at the destination node 30 because interference between data streams is reduced.

본 발명에서 제안하는 프리코딩 기법을 적용한 부분 정보 전송 릴레이 기법은 릴레이 노드에서 전달할 부분 정보를 나누는 방법에 따라서, PASC(Per Antenna Superposition Coding) 기법 및 MLSC(Multi-Layer Superposition Coding) 기법으로 나뉠 수 있다.The partial information transmission relay scheme using the precoding scheme proposed in the present invention can be divided into a Per Antenna Superposition Coding (PASC) scheme and a Multi-Layer Superposition Coding (MLSC) scheme according to a method of dividing partial information to be transmitted in a relay node .

도 3은 PASC 기법을 통한 부분 정보 릴레이 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.3 is a diagram schematically illustrating a partial information relay process through the PASC technique.

PASC 기법은 송신 안테나마다 Basic 데이터와 중첩 데이터(이하, "SC 데이터"라 함)를 중첩 코딩을 통해 인코딩한다. 이와 같이 인코딩된 정보는 프리코딩 행렬(Fs)에 곱해져서 릴레이 노드(20)와 목적지 노드(30)로 전송된다. The PASC technique encodes Basic data and superposition data (hereinafter referred to as "SC data ") for each transmission antenna through superposition coding. The encoded information is multiplied by the precoding matrix Fs and transmitted to the relay node 20 and the destination node 30. [

릴레이 노드(20)는 Basic 데이터를 복호한 후 SIC를 이용하여 수신된 전체 신호에서 Basic 데이터를 제거하여 SC 데이터를 복호한다. The relay node 20 decodes the basic data and decodes the SC data by removing the basic data from the entire received signal using the SIC.

이후, 복호된 SC 데이터를 릴레이 프리코딩 행렬(FR)에 곱해서 목적지 노드(30)로 전달한다. 이때의 릴레이 프리코딩 행렬(FR)은 R-D 링크의 정보 전송량을 최대화하기 위한 프리코딩 행렬로 설계된다. Thereafter, the relay station multiplies the decoded SC data by the relay precoding matrix F R and transfers the result to the destination node 30. At this time, the relay precoding matrix F R is designed as a precoding matrix for maximizing the information transmission amount of the RD link.

목적지 노드(30)는 첫 번째 전송 시간에 받은 신호에서 두 번째 전송 시간에서 전달받은 SC 데이터를 SIC를 통해 제거하여 Basic 데이터를 복원한다. The destination node 30 removes the SC data received at the second transmission time from the signal received at the first transmission time through the SIC to restore the basic data.

예를 들어, 소스 노드(10)가 Basic 데이터와 SC 데이터를 중첩 코딩하여 전송할 경우, 각각의 데이터에 할당하는 전력과 그에 따른 프리코딩 행렬의 방향이 결정되어야 하며, 전력 할당 및 프리코딩 행렬을 합한 부분이 실효 프리코딩 행렬이 된다. 특히 PASC를 통한 데이터 전송의 경우는 Basic 데이터와 SC 데이터의 전력 할당은 서로 다르게 설계될 수 있으며, Basic 데이터와 SC 데이터의 프리코딩 방향은 동일하도록 프리코딩 행렬이 결정될 수 있다.For example, when the source node 10 super-codes and transmits Basic data and SC data, the power allocated to each data and the direction of the precoding matrix should be determined, and the sum of the power allocation and the precoding matrix Lt; / RTI > becomes an effective precoding matrix. In particular, in the case of data transmission through the PASC, the power allocation between the basic data and the SC data can be designed differently, and the precoding matrix can be determined so that the precoding directions of the basic data and the SC data are the same.

이하에서는 프리코딩 행렬 설계 기법에 대해서 상세히 설명한다. Hereinafter, the precoding matrix design technique will be described in detail.

프리코딩의 목적은 시스템의 정보 전송량을 최대로 하는 것이다. 소스의 프리코딩 행렬을 FS라 하고, Ab 및 As 는 각각 basic 데이터와 SC 데이터 사이의 전력 할당 비율을 나타내는 행렬이라 할 때, Basic 데이터와 SC 데이터에 대한 실효 프리코딩 행렬을 각각 Qb=FSAb, Qs=FSAs 라고 하고, Basic 데이터와 SC 데이터의 정보 전송량을 각각 Rb 및 RS라고 하면, 최종적으로 목적지 노드에서 수신하는 정보 전송량은 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The purpose of precoding is to maximize the amount of information transmitted by the system. Assuming that the source precoding matrix is F S and A b and A s are matrices representing the power allocation ratios between the basic data and the SC data, respectively, the effective precoding matrixes for the basic data and the SC data are Q b = F S A b , Q s = F S A s , and letting R b and RS be the information transmission amounts of the basic data and the SC data, the amount of information received at the destination node will be expressed as shown in the following Equation 1 .

Figure 112010019137567-pat00001
Figure 112010019137567-pat00001

수학식 1에서 R1 및 R2는 하기 수학식 2와 같이 정의될 수 있다.R 1 and R 2 in Equation (1) can be defined as Equation (2) below.

Figure 112010019137567-pat00002
Figure 112010019137567-pat00002

Figure 112010019137567-pat00003
Figure 112010019137567-pat00003

상기 수학식 2에서 No는 릴레이 노드와 목적지 노드에 더해지는 잡음의 전력 스펙트럼 밀도(power spectral density)를 의미하며, I는 Identity matrix를 의미하며,

Figure 112010019137567-pat00004
는 두 번째 전송시간 동안 R-D 링크를 통해 얻을 수 있는 SC 데이터의 정보량을 의미한다.In Equation (2), N o denotes a power spectral density of a noise added to a relay node and a destination node, I denotes an identity matrix,
Figure 112010019137567-pat00004
Means the amount of information of the SC data that can be obtained through the RD link during the second transmission time.

수학식 1에서 정보 전송량을 최대화하기 위해서는 R1 과 R2 중에서 작은 값을 최대화하여야 한다. 본 발명에서 제안하는 프리코딩 기법은 R1 과 R2를 각각 최대화 해주는 프리코딩 행렬을 선택하고 선택된 행렬들의 선형 조합을 통해서 최적의 프리코딩 기법을 찾아내는 것이다.In order to maximize the information transmission amount in Equation (1), R 1 and R 2 The smallest value should be maximized. The precoding scheme proposed in the present invention selects a precoding matrix maximizing R 1 and R 2 , respectively, and finds an optimal precoding scheme through linear combination of selected matrices.

수학식 2에서 R1은 Qb에 대한 증가 함수이고, 반대로 QS에 대한 감소 함수의 형태이다. 따라서 R1을 최대화 시켜주는 프리코딩 행렬 Qb ,1과 QS ,1은 다음 수학식 3과 같이 얻을 수 있다.In Equation (2), R 1 is an increasing function for Q b and conversely is a form of decreasing function for Q S. Therefore, the precoding matrices Q b , 1 and Q S , 1 that maximize R 1 can be obtained by Equation (3).

Figure 112010019137567-pat00005
Figure 112010019137567-pat00005

Figure 112010019137567-pat00006
Figure 112010019137567-pat00006

수학식 3에서 VSR은 채널 HSR의 right singular matrix이고, PS는 소스 노드의 전송 전력이라 하고, Tr(x)는 행렬 x의 대각 성분들의 합을 구하는 trace 연산이라 할 때, Ωb

Figure 112010019137567-pat00007
의 전력제한조건(Power Constraint)을 가지고 워터필링 솔류션(Waterfilling solution)을 통해 얻어진 전력할당행렬이고, ΩS, 1
Figure 112010019137567-pat00008
의 전력제한조건(Power Constraint)을 가지고 모든 전력을 가장 작은 singular vector에 할당하는 전력할당행렬이다. 즉, 프리코딩 행렬 Ωb,1에서는 basic 데이터를 S-R 링크에서 전송률이 최대가 되도록 빔 방향과 전력을 할당해주는 반면, ΩS,1에서는 SC 데이터를 S-R 링크에 전송률이 최소가 되도록 하여 릴레이 노드에서 얻을 수 있는 basic 데이터의 정보량을 최대로 얻도록 설계된다.And V SR is the channel H SR right singular matrix in equation 3, P S is referred to as the transmit power of the source node and, Tr (x) is to as trace operation to obtain the sum of the diagonal elements of the matrix x, Ω b is
Figure 112010019137567-pat00007
Ω S, 1 is a power allocation matrix obtained through a waterfilling solution with a power constraint of
Figure 112010019137567-pat00008
Is a power allocation matrix that assigns all power to the smallest singular vector with a power constraint of the power constraint. That is, in the precoding matrix Ω b, 1 , the beam direction and power are allocated so that the basic data is maximized in the SR link, while in the Ω S, 1 , the SC data is minimized in the SR link, It is designed to maximize the amount of basic data that can be obtained.

반면 수학식 2에서 R2는 분자의 부호에 따라서 최적의 프리코딩 행렬이 달라지게 된다. 그러나 일반적인 릴레이 환경에서는 R-D 링크의 상태가 S-D 링크의 상태보다 좋기 때문에 분자는 항상 음수 성분을 가지게 된다. 이 경우에 R2는 Qb와 Qs에 대한 증가 함수의 형태이다. 또한 앞서 말한 것과 같이 Qb와 Qs의 빔 방향은 같아야 하는 제한이 있기 때문에 최적의 프리코딩 행렬 Qb ,2와 Qs , 2은 다음 수학식 4와 같이 얻을 수 있다.On the other hand, in Equation (2), R 2 is an optimal precoding matrix depending on the sign of the molecule. However, in a typical relay environment, a molecule always has a negative component because the state of the RD link is better than that of the SD link. In this case R 2 is in the form of an increasing function for Q b and Q s . Also, since there is a limitation that the beam directions of Q b and Q s must be the same as described above, the optimal precoding matrices Q b , 2 and Q s , 2 can be obtained as shown in Equation (4).

Figure 112010019137567-pat00009
Figure 112010019137567-pat00009

Figure 112010019137567-pat00010
Figure 112010019137567-pat00010

수학식 4에서 ΩS,2

Figure 112010019137567-pat00011
의 전력제한조건(Power Constraint)을 가지고 워터필링 솔류션(Waterfilling solution)을 통해 얻어진 전력할당행렬이다. 상기 프리코딩 행렬에서 Ωb,2는 프리코딩 행렬의 방향의 제한에 의해 S-R 링크에 맞춰지게 되고, QS ,2는 S-R 링크 방향으로 설정해주어 릴레이 노드에서 얻을 수 있는 Basic 데이터의 정보량을 최대로 얻도록 한다.In Equation (4),? S, 2 is
Figure 112010019137567-pat00011
Is a power allocation matrix obtained through a waterfilling solution with a power constraint of the power constraint. In the precoding matrix, Ω b, 2 is set to the SR link by limiting the direction of the precoding matrix, and Q S , 2 is set in the SR link direction to maximize the amount of basic data that can be obtained from the relay node .

위의 결과에서 살펴보면 Basic 데이터에 대한 프리코딩 행렬은 R1과 R2가 같기 때문에 하기 수학식 5와 같이 결정될 수 있다.From the above results, the precoding matrix for Basic data can be determined as Equation (5) because R 1 and R 2 are the same.

Figure 112010019137567-pat00012
Figure 112010019137567-pat00012

반면, SC 데이터에 대한 프리코딩 행렬 Qs의 경우 R1과 R2가 다른 두 가지의 전력 할당의 경우를 가진다. 첫 번째 경우 S-R 링크에 최소화 되도록 프리코딩 행렬을 설계하여 릴레이에서 얻을 수 있는 basic 데이터의 정보량을 최대화하게 되고 두 번째의 경우에는 반대로 S-R 링크에 최적화 되도록 프리코딩 행렬을 설계하여 릴레이에서 얻을 수 있는 SC 데이터의 정보량을 최대로 하게 된다. 따라서 최적의 전력 할당은 두 경우의 선형 조합을 통해 찾을 수 있게 된다. 최적의 조합을 찾기 위해 먼저 Qs를 다음 수학식 6과 같은 선형 조합으로 표현할 수 있다On the other hand, in the case of the precoding matrix Q s for SC data, R 1 and R 2 have two different cases of power allocation. In the first case, the precoding matrix is designed to be minimized to the SR link to maximize the amount of basic data that can be obtained from the relay. In the second case, the precoding matrix is designed to be optimized for the SR link, The amount of information of the data is maximized. Thus, optimal power allocation can be found through a linear combination of the two cases. To find the optimal combination, Q s can first be expressed as a linear combination as shown in Equation 6 below

Figure 112010019137567-pat00013
Figure 112010019137567-pat00013

Figure 112010019137567-pat00014
Figure 112010019137567-pat00014

수학식 6과 같이 표현된 Basic 데이터에 대한 프리코딩 행렬 QS에서 α의 값을 키우게 되면 R1의 정보량은 커지게 되고, R2의 정보량은 작아지게 된다. 반대로 α의 값을 줄이면 R1의 정보량은 작아지게 되고, R2의 정보량은 커지게 된다. 이와 같은 원리로 α의 값을 0부터 1까지 변화시켜 R1과 R2 중 큰 값은 줄이면서 작은 값을 크게 만들어 min{R1, R2}을 최대화할 수 있다. 또한 β의 값을 0부터 1까지 변화시켜 가면서 basic 데이터와 SC 데이터에 할당하는 최적의 전력을 결정할 수 있다. 즉, 선형 조합의 형태로 결정된 프리코딩 행렬에서 α와 β의 값을 0부터 1까지 변화시켜 가면서 다음을 만족시키는 최적의 프리코딩 행렬을 결정해주는 α*와 β*를 하기 수학식 7과 같이 결정해줄 수 있다. If the value of? Is increased in the precoding matrix Q S for Basic data represented by Equation (6), the information amount of R 1 becomes large and the information amount of R 2 becomes small. Conversely, if the value of? Is reduced, the information amount of R 1 becomes smaller and the information amount of R 2 becomes larger. With this principle, it is possible to maximize min {R 1 , R 2 } by changing the value of α from 0 to 1, increasing the smaller value of R 1 and R 2 while decreasing the larger value. It is also possible to determine the optimal power to be allocated to basic data and SC data while changing the value of β from 0 to 1. That is, in the precoding matrix determined in the form of a linear combination, α * and β *, which determine the optimal precoding matrix satisfying the following conditions while changing the values of α and β from 0 to 1, I can do it.

Figure 112010019137567-pat00015
Figure 112010019137567-pat00015

도 4는 MLSC 기법을 통한 부분 정보 릴레이 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a diagram schematically illustrating a partial information relay process through the MLSC scheme.

MLSC(Multi-Layer Superposition Coding) 기법은 도 4에 도시된 바와 같이, 릴레이 노드(20)가 전달하는 정보 스트림의 수를 조절하여 부분적 정보를 전송하는 기법이다. 먼저 소스 노드(10)는 릴레이 노드(20)를 통해 전달하지 않는 M-J개의 non-forwarding 스트림 x1과 릴레이 노드(20)를 통해 전달할 J개의 forwarding 스트림 x2로 나누어 각각 프리코딩 행렬 Q1과 Q2에 곱해서 전송한다. 이렇게 전송된 non-forwarding 스트림 x1은 forwarding 스트림 x2를 간섭으로 안고 릴레이 노드(20)에서 복호된다. 이후, Forwarding 스트림 x2는 상기 복호된 non-forwarding 스트림 x1을 가지고 SIC를 통해서 복호된다. 복호된 데이터 스트림 중에서 릴레이 노드(20)는 J개의 forwarding 스트림 x2만을 릴레이 프리코딩 행렬 FR을 곱해서 목적지 노드(30)로 전달한다. 이때 릴레이 프리코딩 행렬 FR는 R-D 링크의 정보 전송량을 최대화하는 행렬로 설계한다. 최종적으로 목적지 노드(30)는 첫 번째 전송 시간 동안 소스 노드(10)로부터 수신한 신호에서 두 번째 전송 시간 동안 릴레이 노드(20)로부터 전달받은 J개의 forwarding 스트림 x2을 SIC를 통해 제거하고 M-J개의 non-forwarding 스트림 x1을 복호한다.As shown in FIG. 4, the multi-layer superposition coding (MLSC) scheme is a technique for transmitting partial information by controlling the number of information streams transmitted by the relay node 20. First, the source node 10 divides the MJ non-forwarding streams x 1 , which are not transmitted through the relay node 20, and the J forwarding streams x 2 , which are transmitted through the relay node 20, into precoding matrices Q 1 and Q 2 to transmit. The non-forwarding stream x 1 thus transmitted is decoded at the relay node 20 with the forwarding stream x 2 interfering. Thereafter, the forwarding stream x 2 is decoded through the SIC with the decoded non-forwarding stream x 1 . Of the decoded data streams, the relay node 20 multiplies only the J forwarding streams x 2 by the relay precoding matrix F R , and transmits the result to the destination node 30. At this time, the relay precoding matrix F R is designed as a matrix maximizing the information transmission amount of the RD link. Finally, the destination node 30 removes the J forwarding streams x 2 received from the relay node 20 during the second transmission time in the signal received from the source node 10 during the first transmission time through the SIC, decodes the non-forwarding stream x 1 .

이와 같은 MLSC 기법에서는 시스템의 정보 전송용량을 최대화하도록 소스 프리코딩 행렬 Q1과 Q2를 설계하여야 한다. MLSC 기법에서는 도 3을 참조로 설명한 PASC와는 다르게 프리코딩 행렬 Q1과 Q2은 방향성의 자유도를 가진다. In this MLSC scheme, the source precoding matrices Q 1 and Q 2 should be designed to maximize the information transmission capacity of the system. In the MLSC scheme, unlike the PASC described with reference to FIG. 3, the precoding matrices Q 1 and Q 2 have directional degrees of freedom.

MLSC 기법을 사용했을 때 최대로 얻을 수 있는 정보량은 다음 수학식 8과 같다.The maximum amount of information that can be obtained when the MLSC technique is used is shown in Equation (8).

Figure 112010019137567-pat00016
Figure 112010019137567-pat00016

수학식 8에서 RA와 RB는 각각 다음 수학식 9와 같이 표현된다.In Equation (8), R A and R B are respectively expressed by the following Equation (9).

Figure 112010019137567-pat00017
Figure 112010019137567-pat00017

Figure 112010019137567-pat00018
Figure 112010019137567-pat00018

수학식 9에서

Figure 112010019137567-pat00019
는 두 번째 전송시간 동안 R-D 링크를 통해 얻을 수 있는 x2의 정보량을 의미한다.In Equation (9)
Figure 112010019137567-pat00019
Means the amount of information of x 2 that can be obtained through the RD link during the second transmission time.

마찬가지로 정보량을 최대화하기 위해서는 RA와 RB의 두 값 중에서 작은 값은 최대화해주어야 한다. 그 방법으로 RA와 RB를 각각 최대화하는 프리코딩 행렬을 구하고 그 선형 조합을 통해 두 값 중 작은 값을 최대화하는 프리코딩 행렬을 찾는다.Likewise, to maximize the amount of information, the smaller of R A and R B must be maximized. In this way, a precoding matrix maximizing R A and R B is obtained, and a precoding matrix for maximizing a smaller one of the two values is obtained through the linear combination.

우선 수학식 9를 살펴보면 RA는 Q1에 대한 증가 함수이고 반대로 Q2에 대한 감소 함수임을 알 수 있다. 따라서 RA을 최대화 시켜주는 프리코딩 행렬 Q1 ,A와 Q2 ,A는 다음 수학식 10과 같이 얻을 수 있다.Referring to Equation (9), it can be seen that R A is an increasing function for Q 1 and conversely a decreasing function for Q 2 . Therefore, the precoding matrices Q 1 , A and Q 2 , A that maximize R A can be obtained as shown in Equation (10).

Figure 112010019137567-pat00020
Figure 112010019137567-pat00020

Figure 112010019137567-pat00021
Figure 112010019137567-pat00021

수학식 10에서 VSR(1:M-J)는 채널 HSR의 가장 큰 M-J개의 singular vector를 의미하고, VSR(M-J+1:M)은 채널 HSR의 가장 작은 J개의 singular vector를 의미한다. 또한 Ω1,A와 Ω2,A는 각각

Figure 112010019137567-pat00022
Figure 112010019137567-pat00023
의 전력제한조건(Power constraint)를 가지고 워터필링(waterfilling)을 통해서 얻어질 수 있다. 이 과정에서 Q1 ,A와 Q2 ,A에 대한 전력 할당은 단순화를 위해 전송하는 스트림의 개수에 비례하여 할당한다. 즉 Q1 ,A는 M-J개의 non-forwarding 스트림을 S-R 링크의 가장 큰 M-J 개의 eigenvector 방향으로 보냄으로써 릴레이에서 수신하는 non-forwarding 스트림의 정보량을 최대화하도록 설계되고, Q2 ,A는 J개의 forwarding 스트림을 S-R 링크의 가장 작은 J 개의 eigenvector 방향에 맞추어 보내서 릴레이에서 디코딩하는 non-forwarding 스트림의 정보량을 최대화하게 된다. In equation (10), V SR (1: MJ) denotes the largest MJ singular vector of the channel H SR , and V SR (M-J + 1: M) denotes the smallest J singular vector of the channel H SR . do. Also, Ω 1, A and Ω 2, and A are
Figure 112010019137567-pat00022
Wow
Figure 112010019137567-pat00023
And can be obtained through waterfilling with a power constraint of the power constraint. In this process, the power allocation for Q 1 , A and Q 2 , A is allocated proportionally to the number of streams to be transmitted for simplification. That is, Q 1 , A is designed to maximize the amount of information of the non-forwarding streams received at the relay by sending MJ non-forwarding streams toward the largest MJ eigenvectors of the SR link, Q 2 , To the J eigenvector direction of the SR link to maximize the amount of information in the non-forwarding stream that is decoded at the relay.

반면에 수학식 9를 살펴보면, RB는 분자의 부호에 따라 최적의 프리코딩 행렬이 달라진다. 그러나 일반적인 릴레이 환경에서는 S-D 링크의 정보 전송량이 R-D 링크의 정보 전송량보다 작기 때문에 분자의 부호를 음수라고 생각할 수 있다. 이 경우에 RB는 Q1에 대한 증가 함수이고, Q2에 대해서도 증가 함수의 형태를 가진다. 따라서 RB를 최대화하는 프리코딩 행렬 Q1 ,B와 Q2 ,B는 다음과 수학식 11과 같이 얻어진다.On the other hand, referring to Equation (9), R B has an optimal precoding matrix depending on the sign of the molecule. However, in a typical relay environment, the sign of a molecule can be regarded as a negative number because the information transfer amount of the SD link is smaller than the information transfer amount of the RD link. In this case R B is an increasing function for Q 1 and also for Q 2 in the form of an increasing function. Thus, the precoding matrices Q 1 , B and Q 2 , B that maximize R B are obtained as: < EMI ID = 11.0 >

Figure 112010019137567-pat00024
Figure 112010019137567-pat00024

Figure 112010019137567-pat00025
Figure 112010019137567-pat00025

수학식 11에서 VSD(1:M-J)는 채널 HSD의 가장 큰 M-J개의 singular vector를 의미하고, VSR(1:J)은 채널 HSR의 가장 큰 J개의 singular vector를 의미한다. 또한 Ω1,B와 Ω2,B는 각각

Figure 112010019137567-pat00026
Figure 112010019137567-pat00027
의 전력제한조건(Power constraint)를 가지고 워터필링(waterfilling)을 통해서 얻어질 수 있다. 상기 프리코딩 행렬에서 Q1 ,B는 M-J개의 non-forwarding 데이터 스트림을 S-D 링크의 가장 큰 M-J 개의 eigenvector 방향으로 보냄으로써 목적지 노드(30)에서 수신하는 non-forwarding 데이터 스트림의 정보량을 최대화하도록 설계되고, Q2 ,B는 J개의 forwarding 데이터 스트림을 S-R 링크의 가장 큰 J 개의 eigenvector 방향에 맞추어 보내서 릴레이 노드(20)에서 수신하는 forwarding 데이터 스트림의 정보량을 최대화하도록 설계된다.In Equation (11), V SD (1: MJ) means the largest MJ singular vector of the channel H SD , and V SR (1: J) means the largest J singular vector of the channel H SR . Also, Ω 1, B and Ω 2, and B are
Figure 112010019137567-pat00026
Wow
Figure 112010019137567-pat00027
And can be obtained through waterfilling with a power constraint of the power constraint. In the precoding matrix, Q 1 and B are designed to maximize the amount of information of the non-forwarding data stream received at the destination node 30 by sending MJ non-forwarding data streams toward the largest MJ eigenvectors of the SD link , Q 2 , and B are designed to maximize the amount of information of the forwarding data stream received at the relay node 20 by sending J forwarding data streams to the J eigenvector directions of the largest SR links.

이와 같이 얻어진 RA와 RB에 최적화된 프리코딩 행렬들의 선형 조합으로 최적의 non-forwarding 데이터 스트림에 대한 프리코딩 행렬 Q1과 forwarding 데이터 스트림에 대한 프리코딩 행렬 Q2를 하기 수학식 12 및 수학식 13과 같이 표현할 수 있다.Thus, to a precoding matrix Q 2 for the precoding matrix Q 1 and forwarding the data stream to the optimum non-forwarding the data stream to the linear combination of the obtained R A and a precoding matrix optimized for R B Equation (12) and Mathematical Can be expressed as Equation 13.

Figure 112010019137567-pat00028
Figure 112010019137567-pat00028

Figure 112010019137567-pat00029
Figure 112010019137567-pat00029

Figure 112010019137567-pat00030
Figure 112010019137567-pat00030

Figure 112010019137567-pat00031
Figure 112010019137567-pat00031

위 수학식 12 및 13에서 α의 값을 키우게 되면 RA의 정보량은 커지게 되고 RB의 정보량은 작아지게 된다. 반대로 α의 값을 줄이면 RA의 정보량은 작아지게 되고 RB의 정보량은 커지게 된다. 이와 같은 원리로 α의 값을 0부터 1까지 변화시켜 R1과 R2 중 큰 값은 줄이면서 작은 값은 크게 만들어 min{R1,R2}을 최대화할 수 있다. 따라서 α의 값을 0부터 1까지 변화시켜 가면서 다음 수학식 14를 만족시키는 최적의 프리코딩 행렬을 결정하는 α*를 결정할 수 있다.In the above equations (12) and (13), if the value of? Is increased, the information amount of R A becomes larger and the information amount of R B becomes smaller. On the contrary, if the value of? Is reduced, the information amount of R A becomes smaller and the information amount of R B becomes larger. With this principle, by changing the value of α from 0 to 1 , it is possible to maximize the min {R 1 , R 2 } by decreasing the larger value of R 1 and R 2 while increasing the smaller value. Therefore, while changing the value of alpha from 0 to 1, it is possible to determine alpha * which determines an optimal precoding matrix satisfying the following expression (14).

Figure 112010019137567-pat00032
Figure 112010019137567-pat00032

본 발명에서 제안하는 PASC 및 MLSC 두 가지 기법의 프리코딩 행렬을 설계하기 위해서는 S-R 링크, S-D 링크 그리고 R-D 링크의 모든 채널 정보를 필요로 한다. 본 발명의 일실시예에 따르면 각각의 채널 정보 수집이 용이한 목적지 노드(30)에서 프리코딩 행렬을 설계하는 것을 고려한다. In order to design the precoding matrix of the two schemes of PASC and MLSC proposed in the present invention, all channel information of the S-R link, the S-D link and the R-D link is required. According to an embodiment of the present invention, consideration is given to designing a precoding matrix at a destination node 30 in which channel information collection is easy.

하향링크 데이터 송수신에서 고정된 릴레이 노드를 사용한다고 가정할 경우, 소스 노드와 릴레이 노드 사이의 채널 S-R 링크는 목적지 노드인 사용자 단말의 이동성이나 스케줄링과 관계없이 크게 변하지 않고 일정한 값으로 유지된다. 소스 노드는 이와 같은 S-R 링크의 채널 값을 단말들에게 하향 링크 채널을 통해 주기적으로 브로드캐스팅(broadcasting) 한다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에 따르면 릴레이 노드에서 S-R 링크의 채널 값을 단말들에게 알려주는 것도 가능하다.Assuming that a fixed relay node is used in downlink data transmission / reception, a channel S-R link between a source node and a relay node is maintained at a constant value without being largely changed regardless of the mobility or scheduling of a user terminal as a destination node. The source node periodically broadcasts the channel value of the S-R link to the UEs through the downlink channel. However, according to another embodiment of the present invention, it is also possible to inform the UEs of the channel value of the S-R link at the relay node.

이와 같은 방식으로 사용자들은 항상 S-R 링크의 채널 정보를 가지고 있게 되고, 그 시간에 스케줄링 된 사용자는 하향 링크 채널 추정을 통해 S-D 링크와 R-D 링크의 채널 정보를 얻게 된다. 이와 같이 S-R, S-D, R-D 채널 정보를 수집한 사용자는 채널 정보를 통해 R1과 R2 (RA과 RB)를 계산하고, 계산된 값을 바탕으로 최적의 프리코딩 행렬들을 결정하게 된다. 이 과정에서 프리코딩 행렬은 어느 정도의 S-R 링크에 대한 프리코딩 행렬의 성분을 가지게 된다 (PASC 경우 S-R 링크 성분만을 가짐). 따라서 코드북(codebook) 전체에서 찾지 않고 S-R 링크에 대한 코드워드(codeword)에 대한 일정 영역 내에서 codeword를 찾을 수 있다. 이렇게 결정된 codeword index를 feedback 링크를 통해 소스 노드로 보내주게 된다.In this way, the users always have the channel information of the SR link, and the user scheduled at that time acquires the channel information of the SD link and the RD link through the downlink channel estimation. The user who has collected the SR, SD, and RD channel information as described above transmits R 1 and R 2 (R A and R B ), and determines optimal precoding matrices based on the calculated values. In this process, the precoding matrix has a component of a precoding matrix for a certain SR link (only the SR link component in case of PASC). Therefore, codeword can be found within a certain region of the codeword for the SR link without searching through the entire codebook. The codeword index thus determined is sent to the source node via the feedback link.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 목적지 노드의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.5 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a destination node according to an embodiment of the present invention.

목적지 노드는 소스 노드로부터 소스 노드와 릴레이 노드 간의 채널 정보를 수신하는 수신부(201), 복호부(203), 소스 노드와 목적지 노드 간의 채널 정보 및 릴레이 노드와 목적지 노드 간의 채널 상태를 추정하는 채널추정부(203), 채널추정부(205)를 통해서 획득된 채널 정보를 바탕으로 상기 제1 데이터 및 제2 데이터의 전송률을 계산하여 최적의 프리코딩(precoding) 행렬을 결정하는 프리코더(207), 부호화부(209), 및 상기 결정된 최적의 프리코딩 행렬 성분을 상기 소스 노드로 피드백하는 송신부(211)를 포함한다.The destination node includes a receiving unit 201 for receiving channel information between the source node and the relay node from the source node, a decoding unit 203, channel information between the source node and the destination node, and channel information for estimating the channel state between the relay node and the destination node. A precoder 207 for calculating an optimal precoding matrix by calculating a transmission rate of the first data and a second data based on channel information obtained through the channel estimation unit 205 and the channel estimation unit 205, An encoding unit 209, and a transmitter 211 for feeding back the determined optimal precoding matrix component to the source node.

목적지 노드에서는 S-R 링크, S-D 링크 및 R-D 링크의 채널 정보를 소스 노드 혹은 릴레이 노드로부터 수신하거나 또는 채널 추정을 통하여 획득하여 앞서 설명한 PASC 또는 MLSC 기법을 통하여 전송될 수 있는 최적의 프리코딩 행렬을 설계한다. 그리고 설계된 프리코딩 행렬 성분을 소스 노드로 피드백하여 소스 노드에서 최적의 빔 패턴을 형성하여 신호를 전송하도록 한다. 구체적인 프리코딩 행렬 설계 방법은 앞서 상세히 설명한 바, 그 상세한 설명은 생략한다.In the destination node, the channel information of the SR link, the SD link, and the RD link is received from the source node or the relay node, or acquired through channel estimation, and an optimal precoding matrix that can be transmitted through the PASC or MLSC technique described above is designed . Then, the designed precoding matrix component is fed back to the source node to form an optimal beam pattern at the source node to transmit the signal. The concrete precoding matrix design method has been described in detail above, and a detailed description thereof will be omitted.

또한, 상기 목적지 노드는 하향링크 데이터 송수신의 경우 단말이 될 수 있으며, 상향링크 데이터 송수신의 경우는 기지국이 될 수도 있다.In addition, the destination node may be a terminal in the case of downlink data transmission / reception, and may be a base station in case of uplink data transmission / reception.

여기까지 설명된 본 발명에 따른 방법은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 저장 매체(예를 들어, 단말 내부 메모리, 플래쉬 메모리, 하드 디스크, 기타 등등)에 저장될 수 있고, 프로세서(예를 들어, 단말 내부 마이크로 프로세서)에 의해서 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 내에 코드들 또는 명령어들로 구현될 수 있다. The method according to the present invention described so far can be implemented in software, hardware, or a combination thereof. For example, the method according to the present invention may be stored in a storage medium (e.g., terminal internal memory, flash memory, hard disk, etc.) and executed by a processor Lt; RTI ID = 0.0 > and / or < / RTI >

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, May be modified, modified, or improved.

Claims (12)

다중안테나 릴레이 통신 시스템에서 제1 데이터와 제2 테이터를 포함하는 멀티 데이터 스트림(multiple data stream)을 목적지 노드가 수신하는 방법에 있어서,
소스 노드와 릴레이 노드 간의 채널 정보를 수신하는 단계;
상기 채널 정보에 기반한 채널 추정을 통하여 소스 노드와 목적지 노드 간의 채널 정보 및 릴레이 노드와 목적지 노드 간의 채널 정보를 획득하는 단계;
상기 획득된 채널 정보를 바탕으로 상기 제1 데이터 및 제2 데이터의 전송률을 계산하여 최적의 프리코딩(precoding) 행렬을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 최적의 프리코딩 행렬 성분을 상기 소스 노드로 피드백하는 단계를 포함하며,
상기 제2 데이터가 상기 멀티 데이터 스트림 중 릴레이 노드로부터 수신되는 일부의 데이터이며, 상기 제1 데이터는 상기 멀티 데이터 스트림 중 상기 제2 데이터를 제외한 나머지 데이터인 경우, 상기 제1 데이터의 전송률과 제2 데이터의 전송률 중 최소값을 갖는 데이터 전송률이 최대화되도록 상기 프리코딩 행렬을 결정하며,
상기 제1 데이터와 제2 데이터가 송신 안테나 별로 각각 중첩 부호화(Per Antenna Superposition Coding)되어 전송되며, 상기 제 1 데이터가 상기 릴레이 노드로부터 상기 제2 데이터가 포함된 데이터 스트림인 경우, 상기 제 2 데이터에 대하여 우선 복호를 수행한 후, 복호된 제2 데이터를 이용하여 SIC(Successive Interference Cancellation)을 통해서 상기 제1 데이터에 대한 복호를 수행하며,
상기 제1 데이터와 제2 데이터가 송신 안테나 별로 각각 중첩 부호화되는 경우, 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 데이터의 전력 할당은 서로 상이하도록 설정되며, 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 데이터의 프리코딩 방향은 동일하도록 설정되는 다중안테나 릴레이 시스템의 멀티 데이터 스트림 송수신 방법.
A method for a destination node to receive a multiple data stream including a first data and a second data in a multi-antenna relay communication system,
Receiving channel information between a source node and a relay node;
Acquiring channel information between a source node and a destination node and channel information between a relay node and a destination node through channel estimation based on the channel information;
Calculating an optimal precoding matrix by calculating a data rate of the first data and a second data based on the obtained channel information; And
And feeding back the determined optimal precoding matrix component to the source node,
The second data is a part of data received from the relay node among the multi data streams and the first data is data other than the second data among the multi data streams, Determining the precoding matrix so that a data rate having a minimum value among data rates is maximized,
Wherein the first data and the second data are subjected to Per Antenna Superposition Coding for each transmission antenna and are transmitted, and when the first data is a data stream including the second data from the relay node, Performs decoding on the first data through Successive Interference Cancellation (SIC) using the decoded second data,
Wherein when the first data and the second data are superposition-encoded for each transmission antenna, the power allocation of the first data and the second data is set to be different from each other, and the precoding direction of the first data and the second data Are set to be the same.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 다중안테나 릴레이 통신 시스템에서 제1 데이터와 제2 테이터를 포함하는 멀티 데이터 스트림(multiple data stream)을 수신하는 장치에 있어서,
소스 노드와 릴레이 노드 간의 채널 정보를 수신하는 수신부;
상기 채널 정보에 기반한 소스 노드와 목적지 노드 간의 채널 정보 및 릴레이 노드와 목적지 노드 간의 채널 상태를 추정하는 채널추정부;
상기 채널추정부를 통해서 획득된 채널 정보를 바탕으로 상기 제1 데이터 및 제2 데이터의 전송률을 계산하여 최적의 프리코딩(precoding) 행렬을 결정하는 제어부; 및
상기 결정된 최적의 프리코딩 행렬 성분을 상기 소스 노드로 피드백하는 송신부를 포함하며,
상기 제2 데이터가 상기 멀티 데이터 스트림 중 릴레이 노드로부터 수신되는 일부의 데이터이며, 상기 제1 데이터는 상기 멀티 데이터 스트림 중 상기 제2 데이터를 제외한 나머지 데이터인 경우, 상기 제1 데이터의 전송률과 제2 데이터의 전송률 중 최소값을 갖는 데이터 전송률이 최대화되도록 상기 프리코딩 행렬을 결정하고,
상기 제1 데이터와 제2 데이터가 송신 안테나 별로 각각 중첩 부호화(Per Antenna Superposition Coding)되어 전송되며, 상기 제 1 데이터가 상기 릴레이 노드로부터 상기 제2 데이터가 포함된 데이터 스트림인 경우, 상기 제 2 데이터에 대하여 우선 복호를 수행한 후, 복호된 제2 데이터를 이용하여 SIC(Successive Interference Cancellation)을 통해서 상기 제1 데이터에 대한 복호를 수행하며,
상기 제1 데이터와 제2 데이터가 송신 안테나 별로 각각 중첩 부호화되는 경우, 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 데이터의 전력 할당은 서로 상이하도록 설정되며, 상기 제 1 데이터와 상기 제 2 데이터의 프리코딩 방향은 동일하도록 설정되는,
다중안테나 릴레이 시스템의 멀티 데이터 스트림 수신 장치.
An apparatus for receiving a multiple data stream comprising first data and second data in a multi-antenna relay communication system,
A receiver for receiving channel information between a source node and a relay node;
A channel estimator for estimating channel information between a source node and a destination node based on the channel information and a channel state between a relay node and a destination node;
A controller for calculating an optimal precoding matrix by calculating a data rate of the first data and a second data based on channel information obtained through the channel estimator; And
And a transmitter for feeding back the determined optimum precoding matrix component to the source node,
The second data is a part of data received from the relay node among the multi data streams and the first data is data other than the second data among the multi data streams, Determining the precoding matrix so that a data rate having a minimum value among data rates is maximized,
Wherein the first data and the second data are subjected to Per Antenna Superposition Coding for each transmission antenna and are transmitted, and when the first data is a data stream including the second data from the relay node, Performs decoding on the first data through Successive Interference Cancellation (SIC) using the decoded second data,
Wherein when the first data and the second data are superposition-encoded for each transmission antenna, the power allocation of the first data and the second data is set to be different from each other, and the precoding direction of the first data and the second data Are set to be the same,
A multi-data stream receiving apparatus in a multi-antenna relay system.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020100026979A 2009-04-03 2010-03-25 Method and apparatus of transmitting multiple data streams in mimo relay communication system Expired - Fee Related KR101737834B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/262,619 US8750788B2 (en) 2009-04-03 2010-04-02 Multiple data stream transmission method and apparatus in relay system
PCT/KR2010/002054 WO2010114344A2 (en) 2009-04-03 2010-04-02 Multiple data stream transmission method and apparatus in relay system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US29820310P 2010-01-25 2010-01-25
US61/298,203 2010-01-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110087188A KR20110087188A (en) 2011-08-02
KR101737834B1 true KR101737834B1 (en) 2017-05-19

Family

ID=44926067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100026979A Expired - Fee Related KR101737834B1 (en) 2009-04-03 2010-03-25 Method and apparatus of transmitting multiple data streams in mimo relay communication system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101737834B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101397908B1 (en) * 2013-04-10 2014-05-27 (주)에어포인트 Video wireless relay system and method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090175214A1 (en) 2008-01-02 2009-07-09 Interdigital Technology Corporation Method and apparatus for cooperative wireless communications
WO2009120605A1 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 Research In Motion Limited System and method for precoding matrix index feedback interaction with discontinuous reception
US20090254790A1 (en) * 2008-04-07 2009-10-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods and apparatus to improve communication in a relay channel

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090175214A1 (en) 2008-01-02 2009-07-09 Interdigital Technology Corporation Method and apparatus for cooperative wireless communications
WO2009120605A1 (en) * 2008-03-28 2009-10-01 Research In Motion Limited System and method for precoding matrix index feedback interaction with discontinuous reception
US20090254790A1 (en) * 2008-04-07 2009-10-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods and apparatus to improve communication in a relay channel

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110087188A (en) 2011-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8750788B2 (en) Multiple data stream transmission method and apparatus in relay system
KR101513528B1 (en) Method Apparatus and System for transmit data in multi hop relay system
KR101173940B1 (en) Apparatus and method for transmission and recepetion in multi input multi output system with relay
KR101169541B1 (en) Method of transmitting downlink data in multi-cell cooperative wireless communication system
US8331280B2 (en) Method, apparatus and computer program for relay selection
US8265547B2 (en) Resource management and interference mitigation techniques for relay-based wireless netoworks
JP5909843B2 (en) COMMUNICATION SYSTEM, COMMUNICATION DEVICE, COMMUNICATION METHOD, AND COMPUTER PROGRAM
CN101632252B (en) There is the multiple antennas relay station of two-way channel
JP5186229B2 (en) Wireless communication system, wireless communication apparatus, and wireless communication method
US7920825B2 (en) Method and apparatus for transmitting and receiving data using multi-user superposition coding in a wireless relay system
US11177873B2 (en) Adaptive relaying in a non-orthogonal multiple access (NOMA) communication system
KR101938113B1 (en) A Coordinated Direct and Relay Transmission for Cooperative NOMA Uplink
KR101102084B1 (en) Wireless network system based on cooperative relay device and cooperative relay method and cooperative relay method
KR101608786B1 (en) Method and apparatus of transmitting multiple data streams in relay communication system
US11929947B2 (en) Fairness and complexity constrained uplink transmission using coordinated multipoint (CoMP) non-orthogonal multiple access (NOMA)
KR101737834B1 (en) Method and apparatus of transmitting multiple data streams in mimo relay communication system
Bhute et al. A survey on relay selection strategies in cooperative wireless network for capacity enhancement
US11259254B2 (en) Variable-length coding in a NOMA-based communication system
JP6130719B2 (en) Precoding method, system and apparatus
KR101365802B1 (en) Method and system for transmitting/receiving data in a communication system
KR101523098B1 (en) Resource Allocation Method for Cooperative Diversity
CN101997599B (en) Relay method and equipment
KR101405498B1 (en) Apparatus and method for space tieme encoding in relay wireless communication system
KR20080073454A (en) Apparatus and method for bidirectional transmission in a relay type wireless communication system
JP5033823B2 (en) Wireless communication system, base station, and scheduling method

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

St.27 status event code: A-0-1-A10-A12-nap-PA0109

PG1501 Laying open of application

St.27 status event code: A-1-1-Q10-Q12-nap-PG1501

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

R17-X000 Change to representative recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R17-oth-X000

R17-X000 Change to representative recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R17-oth-X000

R17-X000 Change to representative recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R17-oth-X000

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

St.27 status event code: A-1-2-D10-D11-exm-PA0201

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-3-3-R10-R11-asn-PN2301

St.27 status event code: A-3-3-R10-R13-asn-PN2301

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

St.27 status event code: A-1-2-D10-D21-exm-PE0902

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

E13-X000 Pre-grant limitation requested

St.27 status event code: A-2-3-E10-E13-lim-X000

P11-X000 Amendment of application requested

St.27 status event code: A-2-2-P10-P11-nap-X000

P13-X000 Application amended

St.27 status event code: A-2-2-P10-P13-nap-X000

T11-X000 Administrative time limit extension requested

St.27 status event code: U-3-3-T10-T11-oth-X000

PE0801 Dismissal of amendment

St.27 status event code: A-2-2-P10-P12-nap-PE0801

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

St.27 status event code: A-1-2-D10-D22-exm-PE0701

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-3-3-R10-R18-oth-X000

PR0701 Registration of establishment

St.27 status event code: A-2-4-F10-F11-exm-PR0701

PR1002 Payment of registration fee

Fee payment year number: 1

St.27 status event code: A-2-2-U10-U11-oth-PR1002

PG1601 Publication of registration

St.27 status event code: A-4-4-Q10-Q13-nap-PG1601

PC1903 Unpaid annual fee

Not in force date: 20200516

Payment event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

St.27 status event code: A-4-4-U10-U13-oth-PC1903

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301

St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301

PC1903 Unpaid annual fee

Ip right cessation event data comment text: Termination Category : DEFAULT_OF_REGISTRATION_FEE

Not in force date: 20200516

St.27 status event code: N-4-6-H10-H13-oth-PC1903

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000

PN2301 Change of applicant

St.27 status event code: A-5-5-R10-R11-asn-PN2301

St.27 status event code: A-5-5-R10-R13-asn-PN2301

R18-X000 Changes to party contact information recorded

St.27 status event code: A-5-5-R10-R18-oth-X000