It is expected that in the new radio communication system, there will be various types of different application services. Therefore, the traffic of the cellular network would be increased dramatically which requires much more resource than existing cellular network system. However, since the resource in the cellular network is limited, the effective usage of these resource system is demanded. Multiple access with non-orthogonality transmission has been highlighted as communication strategy since it improves spectral efficiency in cellular communication. On the other hand, a full-duplex communication and device-to-device (D2D) communication have also been viewed as promising technologies from advantages they have. The full-duplex communication is capable of transmission and reception at the same time which leads to enhanced system throughput, and D2D communication has benefit since it does not require signaling to the base station (BS) which results in fast signal process.
With these technologies, in this dissertation paper, we suggest the combined technology of non-orthogonal multiple access, full-duplex communication, and D2D communication to improve hybrid automatic repeat request (HARQ) in the cellular network.
The non-orthogonal multiple access (NOMA) exploits non-orthogonality by allocating different power fractions among paired users in downlink transmission.
The user who has better channel condition than others receives with lower power allocation coefficients, then the user decodes signals from the other user at first during successive interference cancellation (SIC) process.
In the case of the user in a bad channel condition, since it receives higher power allocation coefficients, it is possible to decode its own signal without SIC process.
Both users should send retransmission request if they could not decode their own signal.
Suppose that the user in a good channel condition can decode successfully whereas the user in a bad channel condition are not, then it is possible to make additional service from the better channel user to the worse channel gain user if the user memorizes SIC signals.
Unfortunately, there are no researches about this effective re-usage of interference cancelled signal from the SIC process.
In this thesis paper, we proposed effective HARQ process by exploiting interference cancelled signal.
We also supposed that the user in a bad channel condition transmits an acknowledgement feedback information to the BS and the nearest user to inform the feedback information on both nodes.
If the user in a good channel condition can successfully decode the signal of the bad channel gain user by SIC, the good channel user can support the bad channel user at the next time slot.
Therefore, we can utilize SIC data by additional transmission from near user to far user.
We generalized this process to K users case, and we analyzed the outage probability, symbol error rate (SER), and the expected number of transmission.
We compared this proposed system to conventional system by simulations.
Keywords Non-orthogonal multiple access, device-to-device communication, full-duplex communica-
tion, hybrid automatic repeat request
차세대 통신에서는 사물인터넷을 비롯한 다양한 분야에서 통신 서비스가 활용될 것으로 보인다. 이에 따라 셀룰러 네트워크의 트래픽이 급증할 것으로 예상하며, 현존하는 통신 용량보다 더 많은 통신 용량의 필요성이 대두되었다. 하지만 셀룰러 대역의 자원은 제한적이기 때문에 한정된 자원에서 더 많은 단말을 지원할 수 있는 시스템이 요구된다.
비직교성을 이용한 다중 접속은 자원 효율성 측면의 장점으로 인해 차세대 통신의 정보 전송 방안으로 각광받고 있다.
한편, 전이중 통신과 단말 간 통신들 또한 이들이 가진 장점으로 인해 차세대 이동통신 기술들로 주목받고 있다.
전이중 통신은 정보의 수신과 송신을 동시에 할 수 있는 특징 때문에 처리 효율 측면에서 큰 이득이 있으며, 단말 간 통신은 기지국을 거치지 않고 각 사용자 간 통신을 함에 따라 트래픽 분산과 빠른 처리 효율로 인해 다양한 연구가 진행 중이다.
이러한 장점들을 활용하여 본 학위논문에서는 단말 간 통신과 전이중 통신을 활용한 비직교다중접속 방식에서의 더욱 효율적인 하이브리드 자동재전송 요구 방법을 제안한다.
비직교 다중접속 방식은 기지국이 하향링크로 정보를 전송할 때 짝이 지어진 단말들 사이에 전력 할당 비율을 달리하여 비직교성을 확보한다.
비교적 가까운 위치에 있는 단말은 낮은 전력을 할당받게 되어 다른 단말의 신호를 연속 간섭 제거방식을 통해 먼저 디코딩한 후 자신의 신호를 디코딩한다.
반면에 먼 위치에 있는 단말은 높은 전력 할당을 받게 되어 연속 간섭 제거방식 없이 자신의 신호를 디코딩할 수 있다.
만약 먼 위치에 있는 단말이 디코딩에 실패할 경우에는 기지국에 재전송을 요청 해야 한다.
이때, 연속 간섭 제거에 성공한 단말이, 제거한 먼 단말에 대한 신호를 자신의 메모리에 저장해 둘 경우 가까운 단말 또한 먼 단말에 재전송을 수행할 수 있다.
하지만, 기존 연구들에서는 이러한 연속 간섭 제거된 신호에 대한 효율적인 재사용 방식이 고려되지 않고 있다.
본 학위논문에서는 연속 간섭 제거된 신호를 재사용함에 따른 효율적인 하이브리드 자동 재전송 요구 방법을 제안하였다.
먼 단말은 응답 정보 피드백을 전송할 시, 응답 정보를 알리기 위해 기지국과 가까운 단말 모두에게 전송함을 가정 하였다.
이때, 가까운 단말의 응답 정보가 긍정이고 먼 단말의 응답 정보가 부정일 경우는 가까운 단말의 연속 간섭 제거가 성공적이었음을 의미하므로, 가까운 단말은 먼 단말에 대한 정보를 알고 디코딩하였음을 의미한다.
따라서 본 논문이 제안하는 바와 같이 먼 단말에 대한 재전송을 기지국과 가까운 단말 두 곳에서 진행할 수 있다.
가까운 단말에서 먼 단말로의 전송은 단말간 통신으로 모델링 하였다.
또한, 가까운 단말의 정보 송신 동안 기지국으로부터 수신할 수 있도록 하기 위해 각 단말을 전이중 통신이 가능한 단말들로 가정하고 분석을 진행하였다.
이후 해당 과정을 일반화하여, 비직교다중접속을 하는 단말의 수를 일반적인 셀룰러 통신에서 발생하는 단말 수로 확장하여 전체 시스템에 대한 확률을 분석하였다.
또한, 각 단말의 심볼에러율과 전송 횟수에 따른 아웃티지확률을 계산 함으로써 제안된 하이브리드 자동 재전송 요구 방식을 분석하였다.
시뮬레이션을 통해 제안된 시스템이 기존 시스템보다 개선된 성능을 보였으며 재전송 요구 횟수가 많아질수록 각 단말의 아웃티지확률과 심볼에러율의 감소 효과가 더 크게 나타남을 확인하였다.
핵 심 낱 말 비직교 다중접속, 단말간통신, 전이중통신, 하이브리드 자동재전송
