This dissertation consists of two research topics. The first topic considers a hybrid relay network consisting of the source, the~amplify-and-forward (AF) relay, the~decode-and-forward (DF) relay, and the destination. In hybrid three-hop relay systems, the~transmitted signal from source can be received at the destination after processing the signals through two relays. If the first relay amplifies and forwards the received signal, and the second relay decodes and forwards the received signal, the system model is considered to be an AF-DF relay system. The reverse case is considered for the DF-AF relay system. The AF-DF and DF-AF relay systems have different error rates and achievable throughput with respect to the channel conditions between two nodes. The optimal power allocation schemes for two different relays in order to maximize the achievable rate under a~sum relay power constraint for given channel gains and transmit power from the source are proposed. By solving the optimization problem to maximize the achievable rate for each relay network, the transmit power values in closed form are derived. When~the channel gains are the same, the optimal power allocation scheme for the AF-DF relay network proves that greater power should be allocated at the first relay to maximize the achievable rate. In~the case of the DF-AF relay network, the optimal power allocation schemes for the four possible cases are derived. Under the same signal-to-noise ratio (SNR) condition at the first hop, it is showed that the achievable rate of the AF-DF relay network is greater than that of the DF-AF relay network when the channel gain between two relays is greater than that between the second relay and destination. Simulation results show that the proposed power allocation schemes provide a higher achievable rate than the equal power allocation scheme and the grid search schemes. In the second topic, a new cooperative scheme using orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) and space-time block code (STBC) scheme is proposed for increasing transmission rate. The cooperative communication has a problem for the decreased throughput because it is necessary that users send and receive the information to improve reliability. By modifying transmission structure, the proposed cooperative scheme can improve reliability in the fading channel and solve the problem for bit error rate (BER) performance that is dependent on the errors in the first phase that exchanges the information between both users. Because the proposed structure guarantees the channel diversity effects, the reliability of transmitted data is improved. Furthermore, the received signals can be well-decoded because of the channel diversity effects.
이 논문은 2개의 연구주제로 구성되어 있다. 첫번째 주제는 송신단, 증폭-전송 중계기, 디코드-전송 중계기, 수신단으로 구성된 하이브리드 중계망을 다루고 있다. 이 3-홉 중계 시스템은 송신단이 신호를 전송하면 두 개의 중계기가 신호를 처리하여 수신단에 전송하는 방식이다. 첫번째 중계기가 증폭-전송 중계기, 두번째 중계기가 디코드-전송 중계기인 경우 AF-DF 시스템, 그 반대의 경우는 DF-AF 시스템이다. 이 논문에서는 송신단 전송전력과 주어진 채널 이득을 위한 전체 중계기 전력의 합 조건을 알고 있는 상황에서, 각각 두 개의 다른 시스템에서 전송율을 최대화하기 위한 최적의 전력분배 방식을 제안하고 있다. 전송율 최대화를 위한 최적화 문제를 정의하고 푸는 과정으로, 닫힌 형식의 중계기 전송전력을 유도할 수 있다. 특히 채널 이득이 모두 동일한 경우 AF-DF 시스템에서는 첫 번째 중계기에 더 많은 전력을 할당해야 전송율을 최대화할 수 있다는 사실을 알수 있다. DF-AF 시스템에서는 4개의 다른 케이스들에 대해 최적의 전력분배 방식을 제안하고 있다. 첫번째 홉의 신호대 잡음비가 동일한 경우, 두 중계기 간의 채널 이득이 두번째 중계기와 수신단 간의 채널 이득보다 큰 경우 AF-DF 시스템의 전송율이 DF-AF 시스템의 전송율보다 더 크게 된다. 그 반대 경우, DF-AF 시스템의 전송율이 AF-DF 시스템의 전송율보다 더 크게 된다. 시뮬레이션 결과를 통해 제안한 전력분배 방식이 동일 전력분배 방식이나 그리드 탐색 방식보다 더 높은 전송율을 보장함을 알 수 있다. 두번째 주제는 페이딩 채널에서 신호 품질 향상을 위한 공간-시간 블록 코딩 기반의 직교주파수 분할 다중 접속 협력 전송방식을 제안하였다. 기존의 전송방식을 개선하여, 사용자 간에 정보를 교환하는 단계에서 발생하는 오류에 민감한 비트-에러율 성능을 개선할 수 있다. 또한 제안한 구조는 채널 다이버시티 효과를 보장하기 때문에, 전송 데이터의 신뢰성 향상과 손쉬운 수신신호 복호가 가능함을 알 수 있다.
