Research interest in various forms of cooperative scheme has been growing steadily due to its cooperative diversity, which is one of the most promising solutions for the high data-rate required future wireless networks. Cooperative communication has been proposed as one of promising cooperative schemes and has attracted significant attention due to its many benefits, such as spatial diversity. Cooperative communication was originally suggested to allow single antenna mobiles to reap some of the benefits of MIMO system due to size, cost, or hardware limitations of some wireless devices, such as handsets, which may not be able to support multiple antennas. In order to obtain full diversity, multi-relay based cooperative communication schemes have been proposed, but it sacrifices spectral efficiency. Relay selection scheme, on the other hand, provides full diversity without the excessive demand on bandwidth.
Network coding has recently attracted a lot of interest from both the research community due to its simple application and potential of high performance gain. Although research on network coding originally introduced on wired networks, an increasing number of works have been recently tackled the problem in wireless networks including bidirectional communications, mesh networks and wireless butterfly network. The basic principle behind network coding is to allow intermediate nodes (e.g. relay station) combine and retransmit the packets sent from different sources instead of simply forwarding them. Thus the network coding is able to save channel resources (time or bandwidth). This motivates its adoption to relay selection when two source nodes communicate. Furthermore, since the real wireless networks is interference-limited, the relay selection should be suggested based on the instantaneous signal to interference-plus-noise (SINR).
In this thesis, we propose two network coding based relay selection schemes in two-source DAS, and analyse the system outage probability of the proposed schemes in the presence of interference. In the real wireless networks, each relay node suffers co-channel interferences which make the conventional relay selection not proper for the interference-limited networks. In addition, the conventional relay selection in two-source DAS is spectrally inefficient for resource-constrained wireless networks. To resolve these problems, two proposed schemes are proposed based on the relay selection and network coding. Then, we derive system outage probability expressions of two proposed schemes by using SINR approximation in order to measure system performance in practical perspective.
최근 무선 통신 시스템의 비약적인 발전은 사용자가 언제 어디서나 어플리케이션을 사용할 수 있도록 하는 유비쿼터스 환경을 향해 나아가고 있다. 이런 환경을 이루기 위해 많은 연구가 진행되고 있으며, 4세대, 더 나아가 5세대 이동 통신 시스템을 지향한 전송 및 응용 기술들에 관한 연구가 진행 중이다. 다중 안테나(MIMO: multiple-input multiple-output) 기술은 미래 무선 통신 시스템의 핵심 기술 중 하나로 각광받아 왔지만 이동통신 단말기의 물리적 부피와 제작 비용의 증가라는 실용성 및 기술적 한계등의 문제점을 고려해봤을 때 구현에 큰 어려움이 따르게 되었다. 이를 해결하기 위해서 하나의 안테나를 장착한 단말기가 다른 단말기 혹은 중계기와 협력하여 협력 다이버시티를 얻는 협력 통신 (cooperative communications) 기술이 활발히 연구 중에 있다. 즉, 협력통신은 다중 안테나를 통한 공간 다이버시티 이득 (spatial diversity gain)을 단일 안테나를 장착한 단말이 얻을 수 있도록 하기 위한 대체 기술로 제안된 것이다. 보다 향상된 다이버시티 이득을 얻기 위해 다중 중계기를 이용한 협력 통신 방법이 제안되었지만 무선자원을 낭비하는 단점이 있다. 이런 문제점을 극복하기 위해 제안된 방법이 best-relay selection 혹은 opportunistic relaying이라고 불리는 최적의 중계기 선택 방법이다.
한편, 네트워크 코딩 기술은 유선통신에서 먼저 제안된 기술이다. 무선통신의 전파특성을 고려해봤을 때 네트워크 코딩을 적용하기에 적합한 특성을 가지고 있고 스펙트럼 효율을 높일 뿐만 아니라 다이버시티 효과도 얻을 수 있는 이점이 있기 때문에 최근에 많은 무선통신 시스템에서의 연구가 진행 중에 있다.
지금까지 협력 통신 시스템에서는 하나의 소스(사용자)를 표적으로 한 연구에 치중되어 왔고 다중 소스를 고려한 구체적인 연구는 아직까지는 미흡한 실정이다. 또한 기존의 협력 통신 시스템에서의 중계기 선택 기법을 다중 소스가 전송 프로토콜로 사용할 경우 무선 통신 시스템의 자원 사용 효율을 저하시키는 결과를 초래하게 된다. 실제 무선 통신 시스템에서 무선 자원은 제한되어 있기 때문에 보다 무선 자원의 효율을 높일 수 있는 시스템에 관한 연구가 필요하다. 그리고 실제 무선통신 시스템에서는 다른 셀로부터 오는 간섭을 영향을 받을 수 있어 성능저하를 초래할 수 있다.
이러한 문제에 대하여, 본 논문에서는 하나의 사용자만 고려한 기존의 중계기 선택기술과 달리 네트워크 코딩의 이점을 이용하여 협력 통신 시스템에서 두 명의 사용자를 위한 중계기 선택방법에 대해 연구한다. 제안기법은 중계기에서의 네트워크 코딩을 적용하여 무선 자원의 효율을 높이고 두 사용자의 성능을 최적화하는 중계기 선택 기준을 제시하여 보다 나은 공간 다이버시티를 얻고 시스템 아웃티지(outage) 성능을 향상시킨다. 본 논문에서는 제안기법의 시스템 아웃티지 closed-form 표현식을 제시하고 성능을 분석했으며 시뮬레이션을 통해 제안된 기법의 성능을 검증하였다. 본 논문의 시뮬레이션 실험 결과는 두 소스의 아웃티지 성능을 동시에 보장하는 효과, 즉 기존의 기법보다 감소된 시스템 아웃티지 확률을 얻을 수 있었다.
