Wireless communication channel has characteristics of limited bandwidth and power, multi-user interference and unreliable signal due to fading effect of the channel. To overcome those characteristics and achieve lower power consumption, higher transmission rate, and reliability, considerable algorithms and schemes have been studied. Cooperative relaying communication, one of the studied schemes, can be said to be one of the best schemes providing solution to overcome those characteristics of the wireless channel. The basic idea of cooperative relaying communication is to take advantages of MIMO systems, using multiple mobiles which have only single antenna. Therefore, it can reduce the fading effect by diversity gain and get better performance of BER by coding gain. In sum, the cooperative relaying communication is a very popular and important technology which can satisfy users' QoS(Quality of Service) such as BER, outage probability, in high rate and high quality multimedia services environment.
There are lots of popular issues, but we discuss focused on two most important and popular issues which are partner selection and mode selection problem. First of all, the partner selection problem is the most basic problem to realize the cooperative relaying communication. The Quality of Service(QoS) in the cooperative relaying communication mainly depends on that which mobile node to be selected as a partner for the source node. We propose and analyze novel scheme for more effective partner selection. Related to the mode selection problem, there are two basic cooperative relaying schemes which are Amplify and Forward(AF) and Decode and Forward(DF). Those two schemes can be applied to two transmission models such as multi-hop without diversity and multi-hope with diversity effect. Herein, we propose a new cooperative relaying mode selection scheme which can select the appropriate cooperation relaying scheme for satisfying the user's Quality of Service(QoS) in terms of maximum tolerate BER and overall energy consumption of nodes. We verify the performance of our proposed selection scheme by simulation and the results show that the proposed scheme outperforms existing schemes.
현재 무선 이동 통신 시스템 분야에서는 멀티미디어 서비스와 같은 고속의 데이터 통신을 지원하면서 사용자의 QoS(Quality of Service)를 만족시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 4세대, 더 나아가 5세대 이동 통신 시스템을 지향한 전송 및 응용 기술들에 관한 연구가 진행 중이다. 특히 최근에는 제한된 무선 자원 하에서 무선 자원의 재사용 또는 다중 안테나를 이용한 MIMO(Multiple Input Multiple Output), MMR(Multihop Mobile Relay) 등의 여러 기술을 이용하여 전체적인 시스템의 성능을 향상시키려는 연구가 진행되고 있다. 기본적으로, MIMO 기술의 경우, 공간 이득을 위해 하나의 단말기에 여러개의 송수신 안테나를 이용한다. 하지만 현재 이동통신 단말기 기술로는 하나의 단말기에 여러 안테나를 구성하는 것은 물리적 부피와 제작 비용의 증가라는 실용성 및 기술적 한계를 가지고 있다. MMR의 경우에는 셀 경계 및 음영 지역의 단말기의 정보 전송률을 높이기 위하여 고정된 중계기를 설치하거나, 일반 단말기를 임시 중계기로 설정하여 사용하여, 최종 단말기로의 정보 전송에 협조하도록 하는 방식이다.
한편, 연구되고 있는 기술 중, 차세대 이동 통신 시스템에 적용하기 위해 단말기 간 상호 협력하여 정보 전송률을 최대화 하기 위한 협력 중계 통신(cooperative relaying communication)기법이 각광받고 있다. 이 기술은 이동 통신 기기 간에 정보 전송을 위한 협력 체계를 갖추므로써, 확장된 개념의 공간 이득(diversity)을 성취하여 정보 전송률을 향상시킨다. 따라서 MIMO와 MMR의 특징을 가지고 있되, MIMO가 지니고 있는 물리적 한계 문제를 극복하면서 같은 효과를 누릴 수 있게 된다.
이러한 협력 중계 기술과 관련하여 많은 연구 이슈들이 있는 가운데, 본 연구에서는 협력 중계를 하기 위한 단말의 협력 중게계파트너 선정 문제와, 협력 중계 통신 시 정보 전송 모드 선택 이슈를 집중적으로 본 단말기에 대한 파트너 선정 과정이 필요하다. 어떠한 단말기가 어떠한 기주에 의해 파트너로 선정되는가에 따라 정보 전송률은 물로이고, 단말기의 전력 손실 및 서비스 품질이 달라지게 된다. 기본적으로 단말기들 간의 물리적 거리 정보와 SNR(Signal to Noise Rate)이 파트너 선정 기준으로 사용된다. 본 연구에서는 거리 정보 및 SINR(Signal to Interference plus Noise Rate) 정보를 바탕으로 더욱 효과적인 파트너 선정을 위한 셀 분할 방법을 제안하였고, 시뮬레이션을 통하여 제안 기법이 기존 기법보다 더 많은 단말기에게 더 높은 정보 전송률로 서비스를 제공할 수 있음을 보였으며 각 기준에 대한 단말기 별 전력 손실 정도를 분석하였다.
협력 중계를 통한 통신을 수행할 시에는 본 단말기에게서 받은 신호를 협력 중계 파트너 단말이 최종 단말기에게 단순히 증폭시켜서 전송하는 AF(Amplify and Forward) 모드와 신호를 다시 디코딩한 후 다시 전송하는 DF(Decode and Forward) 모드 일반적이다. 기존 연구들은 이러한 전송 모드들에 대한 많은 분석을 해 놓았지만, 이러한 전송 모드를 어떠한 경우에 어떻게 적용해야 할 지에 대한 연구는 미흡했다. 따라서 본 연구에서는 언급한 파트너 선정 문제와 더불어 사용자의 서비스 상황에 따른 전송 모드 문제를 다룰 수 있는 기법을 제안하였다. 시뮬레이션을 통하여 제안한 기법의 성능 향상도를 보이고 에너지 측면에서 분석하였다.
본 연구에서는 제안한 파트너 선정 기법과 전송 모드 선택 기법이 차세대 이동 통신 시스템의 성능 향상을 가져올 수 있다는 것을 보였다. 향후 연구 과제로는 MMR의 개념을 좀 더 도입하여 hop 수를 확장하고, 더 많은 QoS 요인들을 고려한 분석이 요구된다.
