In this thesis, we investigate the two-way relay channel (TWRC) and protocols such as amplify and forward (AF), decode and forward (DF) and physical-layer network coding (PNC) in order to analyze the achievable maximum sum rate in TWRC theoretically. Next, we investigate the algorithms and performances of the optimal power allocation and the optimal time allocation for two-way relay channel using DF and PNC to maximize the achievable sum rate. Optimal time allocation for TWRC using PNC has not been analyzed in the literature. Therefore, we propose an optimal time allocation scheme for two-way relay channel using the physical-layer network coding. In other words, we analytically determine the optimal transmit time durations for the first and the second time slot, which maximize the achievable sum rate under a sum time constraint for a given squared magnitude of the channel coefficients and transmit power values. The closed forms of the achievable sum rate gain of the proposed optimal time allocation over the equal time allocation scheme for some special cases are also derived. Numerical results show that the achievable sum rate for proposed optimal time allocation is greater than or equal to that for equal time allocation.
본 논문에서는, 양방향 릴레이 채널의 이론적 달성 가능한 합 전송률 분석을 위하여 먼저 양방향 릴레이 채널에 대해 살펴보고, 증폭 후 전송 (AF, Amplify and Forward), 디코딩 후 전송 (DF, Dcode and Forward) 그리고 물리계층 네트워크 코딩 (PNC, Physical-layer Network Coding) 등의 프로토콜도 살펴본다. 그리고 달성 가능한 합 전송률을 최대로 하기 위하여 DF 및 PNC를 이용한 양방향 릴레이 채널에서 최적 전력 할당 및 최적 시간 할당에 대한 알고리즘 및 성능을 살펴본다. 현재 PNC를 적용한 양방향 릴레이 채널에서 최적 시간 할당에 대한 해법은 아직 없다. 따라서 여기서 물리계층 네트워크 코딩을 이용한 양방향 릴레이 채널에 대한 최적 시간 할당을 제안하였다. 즉, 첫 번째 시간 슬롯과 두 번째 시간 슬롯의 최적 전송 지속 시간을 분석적으로 결정한다. 이는 주어진 채널 계수 값 및 전송 전력 값에 대해 첫 번째 시간 슬롯 및 두 번째 시간 슬롯의 합이 1 이라는 가정으로, 달성 가능한 합 전송률을 최대로 한다. 그리고 몇 가지 특별한 경우의 균일 시간 할당 구조 대비 제안된 최적 시간 할당이 갖는 달성 가능한 합 전송률 이득에 대한 closed form 또한 유도하였다. 시뮬레이션을 통해, 제안된 최적 시간 할당 구조의 달성 가능한 합 전송률이 균등 시간 할당 구조에 비해 더 크거나 같다는 것을 보였다.
