본 논문에서는 IEEE 802.11 환경에서 무선 협력 통신을 이용하여 성능을 향상 시키는 방법에 대해 제안한다. 기존 협력 통신 알고리즘은 소스(source)와 AP(Access Point) 사이에 1개의 릴레이(relay)를 두어 수행한 2 홉 릴레이(hop relay) 방식으로, 이는 알맞은 릴레이를 찾을 수 없는 경우가 발생하므로 보완이 필요하다. 본 논문에서는 AP에서 네트워크 정보(노드 사이 전송률, 노드와 AP 사이 전송률)를 관리하여 릴레이 선정에 이 네트워크 정보를 이용한다. 이 정보를 이용하여 AP는 1개 이상의 릴레이를 선정하여 소스와 주위 노드에게 선정된 릴레이를 알리고 소스에서 데이터를 전송할 때 이 릴레이를 통해 협력 통신을 하도록 한다. 이러한 협력 통신 방법은 데이터 전송의 효율성을 높인다. 또한 본 논문에서는 소스의 데이터를 전송한 릴레이는 소스의 데이터를 전송한 후에 자신의 데이터 또한 전송할 수 있는 기회를 가지도록 하여 소스 데이터를 대신 전송하여 소비된 노드의 자원을 만회할 수 있는 기회를 가지게 한다. 이로써 제안된 방법을 이용하면 노드의 자원 소비를 보완함은 물론 전체 네트워크의 성능(throughput)을 향상시킬 수 있다.
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.
사용자 릴레이는 시스템 내의 사용자들이 협력을 통해 다른 사용자들에게 부가적인 정보를 제공함으로써 보다 안정적이고 효율적으로 정보를 전달 전달하는 기법이다. 사용자 릴레이를 이용한 협력통신은 기존의 협력통신이 갖는 여러 가지 제약조건들을 극복하고, 전송 효율을 향상시키기 위한 기술로 제시되었다. 본고에서는 사용자 릴레이를 이용한 협력통신 기법에 대한 전반적인 내용을 조망하고, 주요 기술 이슈들에 대해 알아본다. 또한 다양한 시스템에서의 사용자 릴레이 기법에 대한 활용과 현재까지의 주요 연구 동향에 대해 소개한다.
본 논문에서는 60GHz WPAN (Wireless Personal Area Network) 시스템에서 릴레이를 이용한 협력 통신 기법을 제안하였다. 60GHz 대역은 LOS (Line-Of Sight)가 보장되어 있지 않은 경우 통신이 불가능하고 거리에 따른 신호 감쇄가 심하기 때문에 릴레이를 이용한 협력 통신 기법이 효과적이다. LOS가 존재하는 환경에서도 수신단이 송신단으로부터 받은 데이터뿐만 아니라 릴레이를 통해 데이터를 수신한다면 수신된 정보의 신뢰성을 높일 수 있다. 하지만 이 경우에 송신단이 데이터를 전송하는 시간뿐만 아니라 릴레이가 데이터를 전송하는 시간이 필요하기 때문에 정보의 전송률이 저하된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 협력 통신 시스템에 적합한 Reed-Solomon(RS) code와 convolutional code(CC)의 직렬 연접 부호 구조를 이용하여 이러한 단점을 최소화 한다. 제안하는 협력 통신 기법은 릴레이에서 systematic RS code의 parity만을 convolutional code로 인코딩하여 전송하므로, 릴레이가 전송해야 하는 데이터의 양이 매우 적어 시스템의 전송 효율을 향상시킨다.
본 논문은 가우시안 정보원을 전송할 때 평균 왜곡이 줄어들도록 두 레이어 (layer) 중첩 부호와 순차 복호를 적용한 단일 릴레이 노드 협력 통신 시스템을 고려한다. 이 시스템을 위해 제안하는 협력 전송 방식은 릴레이 노드가 자신의 레이어 복호결과와 피드백 정보인 목적 노드의 레이어 복호결과에 따라 알맞은 릴레이 신호를 구성하여 전송하는 것이다. 이 때 릴레이 신호는 복호-후 전달과 증폭-후-전달 기법을 혼합하여 설계함으로써 최종 레이어 복호 시의 아웃티지 확률을 줄이도록 한다. 제안 기법의 성능은 아웃티지 확률 분석 결과를 이용하여 다양한 릴레이 노드 위치에서의 최적 평균 왜곡 성능으로 살펴본다. 그 결과 대부분의 릴레이 위치에서 제안 방식이 기존 방식보다 성능이 좋으며, 특히 릴레이 노드가 원천 노드에 가까울수록 성능 이득이 더욱 증가함을 볼 수 있다.
본 논문에서는 기존의 협력 기법보다 뛰어난 성능과 주파수 효율을 얻을 수 있는 다중 릴레이 노드를 이용한 새로운 적응형 협력기법을 제안한다. 릴레이 선택은 K개의 릴레이 중 가장 뛰어난 채널 상태를 가진 잠재적 릴레이를 선택하는데 이용된다. 소스와 목적지, 소스와 릴레이, 릴레이와 목적지사이 채널의 순시 신호 대 잡음 비를 고려하여 적응형 협력 또는 비 협력 여부를 결정한다. 본 논문에서 제안하는 적응형 프로토콜은 만일, 직접 통신의 채널 상태가 복호 후 전달 기법보다 양호하다면 소스는 가용한 전력으로 목적지로 신호를 전달하며, 그렇지 않다면 소스는 저전력으로 모든 릴레이에게 신호를 브로드캐스트하며, 릴레이의 올바른 복호를 가정할 시 릴레이는 신호를 복호한 후 다시 목적지로 전송하게 된다. 그리고 소스는 남은 전력으로 신호를 전송한다. 본 논문에서는 우선 확률적 계산을 통해 주파수 효율성을 보이며, 릴레이 선택을 통한 적응형 협력 기법의 BER성능 분석을 한다. 최종적으로 수식적 결과를 통해 본 논문에서 제안하는 기법의 성능 향상을 검증한다.
본 논문에서는 다수의 릴레이가 존재하는 협력 통신 환경에서 릴레이 노드들의 신뢰도 정보를 이용한 릴레이 선택 기법을 고려한다. 먼저, 신뢰도에 따라 릴레이 노드들이 송신단의 정보 전송을 도와주는 경우와 전송을 도와주지 않는 경우 모두를 고려한 정보 전송률의 기댓값을 유도한다. 다음으로 주어진 신뢰도 정보를 이용하여 수신단에서 달성 가능한 정보 전송률의 기댓값을 최대화하는 릴레이 선택 기법을 제안한다. 마지막으로 시뮬레이션을 통하여 제안하는 릴레이 선택 기법이 릴레이 노드의 신뢰도 정보를 이용하지 않는 기존의 릴레이 선택 기법과 비교하여 더 우수한 성능을 나타냄을 보인다.
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.
본 논문에서는 다중 사용자 간섭이 존재하는 복호 후 전송 협력통신 시스템의 비트오류율에 대해 기술한다. 최근 공간 다이버시티를 위한 협력통신 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있고 모바일 사용자의 수와 요구가 점점 증가하고 있는 추세이다. 한정된 자원 및 공간에서 모바일 사용자가 증가함에 따라 사용자 간의 간섭현상이 더욱 빈번하게 나타나게 되는데 이는 무선통신 시스템의 중요한 문제 중 하나이다. 따라서 릴레이 (Relay) 기반 협력통신 시스템에서도 일반적인 무선통신 시스템과 같이 다중 사용자 간섭을 고려하는 것이 필요하다고 볼 수 있다. 본 논문에서는 다중 릴레이 기반 복호 후 전송(Decode-and-Forward) 프로토콜에서 릴레이 및 목적노드에 다중 간섭이 존재하는 경우의 비트오류율에 대해 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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