기존의 고정 중계를 하는 협력 통신 프로토콜은 중계기가 언제나 신호를 보내기 때문에 전송률이 높은 경우에는 비효율적이다[1]. 그러므로 수신단이 요구하는 경우에만 중계기가 신호를 송신하는 협력 재전송 프로토콜이 제안 되었다. 본고에서는 다양한 협력 재전송 프로토콜을 소개하고 송신단이 각 링크의 평균 신호대 잡음비만 아는 경우의 프로토콜들의 달성 가능 전송률을 비교한다. 또한, 전송 횟수에 제한이 없는 경우에 각 협력 재전송 프로토콜의 에르고딕 전송용량 달성 여부를 알아본다.
본 논문에서는 초고속 근거리 무선전송을 위한 60GHz 시스템에서 릴레이를 이용한 협력통신 기법을 제안한다. 60GHz대역은 LOS(Line-Of-Sight)가 보장되어 있지 않은 경우에 거리에 따른 신호 감쇄가 심하여 릴레이를 이용한 협력 통신 기법이 효과적이다. 릴레이를 이용한 협력통신 방법은 크게 증폭 후 전송(AF)과 복호 후 전송(DF)의 두 가지 프로토콜로 나누어지며, AF프로토콜은 Soft information을 보낼 수 있다는 장점이 있고 DF프로토콜은 릴레이에서 복호 후 데이터를 보낸다는 점에서 부호화 이득을 얻어 낼 수 있다는 장점이 있다. 또한 AF와 DF의 장점을 결합한 복호 후 증폭 전송(DAF)프로토콜이 소개되었고 이에 대한 분석이 이루어졌다. 이에 본 논문은 60GHz 시스템과 AWGN, Rayleigh 페이딩환경에서 AF프로토콜에 대한 DAF프로토콜의 성능 이득을 보이고 비교한다.
협력통신용 MAC 프로토콜은 주파수 자원이 한정된 무선통신망에서 프레임 전송속도를 증가시키는데 매우 중요한 역할을 담당한다. 본 논문에서는 협력통신용 MAC 프로토콜 기법에서 매우 중요한 협력노드를 선정하는 방법에 대하여 연구를 수행하였으며, 선행연구로서 기존에 제안된 도움노드 선정기법들을 컴퓨터 모의실험을 통해 성능평가를 직접 수행하여 성능결과를 서로 비교하였고, 각 기법의 장단점을 분석하였다. 성능평가 척도로는 시스템 처리량을 사용하였으며, 각 통신노드는 IEEE 802.11b 무선 랜 프로토콜을 사용하여 주어진 통신영역 내에서 자유롭게 이동하는 random way point 이동성 모델을 사용하였다.
협력 네트워크는 여러 중계기를 통해서 수신되는 신호 및 직접파 신호를 결합하여 복조함으로써 전체 통신성능을 향상시킨다. 본 논문에서는 철도환경에서 혼합 중계 프로토콜을 이용하는 협력통신 시스템의 성능을 분석한다. 송신기와 수신기 사이에 여러 개의 중계기 사용을 가정하고, 각 중계기들은 하나의 정해진 중계 프로토콜이 아닌 복조 후 전송 혹은 증폭 후 전송 프로토콜을 이용하는 경우를 고려한다. 두 가지 중계 프로토콜이 존재하는 경우 각 중계 프로토콜이 전체 시스템의 성능에 미치는 영향을 분석하고 중계기 위치에 따른 성능에 대해서도 고려한다. 변조방식은 철도환경과 같은 빠른 채널변화에서도 채널상태정보의 이용 없이 신호의 복조가 가능한 차등변조 방식을 적용한다.
본 논문에서는 UWB 기술 기반 WiMedia Distributed Medium Access Control (D-MAC) 표준 프로토콜에 적용할 수 있는 협력 통신 프로토콜을 제안한다. 이를 위해 무선 채널 상태에 따라 변화하는 UWB 링크 전송 속도에 적응적인 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 UWB 링크에 적응적인 릴레이 통신 프로토콜은 분산적인 D-MAC 표준 기술 및 무선 USB 기술과 호환성을 갖고, 각 디바이스에서 독립적으로 실행되는 Relay Node Selection (RNS) 기준에 따라 실행된다.
본 논문에서는 수중음향 채널에서의 협력통신 방식에 대한 성능을 분석한다. 협력전송 프로토콜과 동일비율 결합(Equal Ratio Combining:ERC) 방법, 고정비율결합(Fixed Ratio Combining:FRC) 방법, 최대비 결합(Maximum Ratio Combining:MRC), SNRC( Signal to Noise Ratio Combining), ESNRC (Enhanced Signal to Noise Combining) 방법에 대해서 수중음향 채널에서의 성능을 분석함으로 분석 결과를 통해서 적절한 협력통신 기술을 선택할 수 있다. 이 수중음향 채널에 대한 협력통신의 성능 분석은 컴퓨터 모의실험으로 수행된다.
기존의 1-1-1 협력 프로토콜은 멀티 홉이 가지고 있는 경로손실감소 이득과 함께 MIMO와 동일한 공간 다이버시티를 제공한다. 이를 통해 싱글 홈, 멀티 홉보다 뛰어난 정보의 신뢰도 및 에너지 소비 감소를 얻을 수 있다. 하지만 기존의 1-1-1 협력 프로토콜은 단일의 협력 중계기를 사용하므로 경로손실감소 이득과 다이버시티 이득 계수가 2로 제한되어 있다. 따라서 본 논문에서는 두개의 협력 중계기 R1, R2를 사용한 1-2-1 협력 프로토콜을 제안한다. 1-2-1 협력 프로토콜은 경로손실감소 이득을 높이고 계수가 3인 다이버시티 이득을 얻는다. 또한, 협력 중계가 R2에서도 계수가 2인 다이버시티 이득을 얻을 수 있다. 협력 중계기는 DF (Decode and Forward)와 DR (Decode and Reencode) 방식을 사용하여 1-2-1 DF 또는 DR 협력 프로토콜을 형성하고, 클러스터링 기반의 무선 센서 네트워크 (WSNs)에 적용한다. 제안한 프로토콜의 성능평가를 위해 레일리 페이딩과 AWGN (Additive White Gaussian Noise) 채널이 합해진 채널에서 모의실험을 한다.
본 논문에서는 UWB 기술 기반 WiMedia Distributed Medium Access Control (D-MAC) 무선 USB 표준 프로토콜에 적용할 수 있는 Satisfaction of QoS (SoQ) 기반 협력 통신 프로토콜을 제안한다. 이를 위해 UWB 링크 전송 속도와 QoS 척도에 따른 릴레이 노드 선정 알고리즘을 제안한다. 본 논문에서 제안하는 SoQ 기반 협력 통신 프로토콜은 분산적인 D-MAC 무선 USB 표준 기술과 호환성을 갖고, 각 디바이스에서 독립적으로 실행되는 SoQ 기반 Relay Node Selection (RNS) 기준에 따라 실행된다.
중계기를 이용해서 신호를 전송하는 협력통신은 여러 개의 안테나를 사용해야하는 물리적인 시스템의 제약없이 가상 다중입출력 이득을 제공함으로서 전체적인 통신시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 두 개의 대표적인 중계 프로토콜로는 증폭 후 전송방식과 복조 후 전송방식이 있는데, 본 논문에서는 복조 후 전송 중계 프로토콜을 적용하여 부분적으로 차등변조 방식을 사용하는 협력통신기법의 성능에 대해 분석한다. 성능분석은 심볼오류율을 이용하여 이루어지며 중계기의 위치가 통신성은에 미치는 영향을 분석한다. 또한 제안된 부분차등변조 방식과 기존의 차등변조 방식의 성능을 비교한다.
본 고에서는 셀룰러 이동망에서 다중 홉 릴레이를 도입할 때 셀 경계 및 릴레이 노드의 서비스 영역 경계에서의 서비스 불능 성능을 향상시키기 위한 방안으로서 다이버시티 이득을 제공할 수 있는 협력 통신 방식에 대해서 살펴본다. 협력 통신의 기본 개념과 관련 요소 기술들을 살펴보고, 특히 협력 통신을 고려한 다양한 전송 프로토콜들의 특성을 분석한다. 또한, IEEE 802.16e 규격의 IP-OFDMA기반 광대역 이동 액세스 망에서 이와 같은 협력 통신을 적용할 때 시스템 레벨의 성능 분석 결과를 고찰하고, 실제 시스템에서의 고려 사항에 대해서 살펴본다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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