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KR20220167917A - Wireless signal transmission method combining CNOMA-OAM for improving channel capacity - Google Patents

Wireless signal transmission method combining CNOMA-OAM for improving channel capacity Download PDF

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Publication number
KR20220167917A
KR20220167917A KR1020210077218A KR20210077218A KR20220167917A KR 20220167917 A KR20220167917 A KR 20220167917A KR 1020210077218 A KR1020210077218 A KR 1020210077218A KR 20210077218 A KR20210077218 A KR 20210077218A KR 20220167917 A KR20220167917 A KR 20220167917A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ccu
signal
oam
ceu
cnoma
Prior art date
Application number
KR1020210077218A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
신수용
이상훈
아민 아흐메드 알
Original Assignee
금오공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 금오공과대학교 산학협력단 filed Critical 금오공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020210077218A priority Critical patent/KR20220167917A/en
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a wireless signal transmission method combining the CNOMA-OAM, which is able to transmit a signal between a CCU located near a base station and a CEU located far from the base station by using cooperative NOMA communication within a single cell, comprises: a step in which the base station simultaneously transmits a NOMA signal, in which a CCU signal to be sent to the CCU and a CEU signal to be sent to the CEU are overlapped, to the CCU and the CEU by using the same frequency band during a first time slot; a step in which the base station additionally transmits the CCU signal for the first time slot by using an OAM mode; and a step in which the CCU receives the CCU signal by decoding the overlapped NOMA signal during a second time slot and relay-transmits the decoded CEO signal to the CEU. Therefore, reliability can be improved.

Description

채널 용량 개선을 위한 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법{Wireless signal transmission method combining CNOMA-OAM for improving channel capacity}Wireless signal transmission method combining CNOMA-OAM for improving channel capacity

본 발명은 무선신호 전송 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 채널용량 개선을 위한 CNOMA-OAM 결합한 무선 신호 전송 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a radio signal transmission method, and more particularly, to a CNOMA-OAM combined radio signal transmission method for channel capacity improvement.

차세대 무선 통신은 데이터 트래픽의 1000배 증가하여 처리할 것으로 예상되므로 채널 용량은 중요한 기준이 되며, 따라서 채널 용량 개선 등에 대한 노력이 필요하다. Since next-generation wireless communication is expected to process data traffic by 1000 times, channel capacity becomes an important criterion, and thus efforts to improve channel capacity are required.

최근 각광받고 있는 전력 도메인의 비직교 다중 액세스(Non-Orthogonal Multiple Access, 이하 NOMA라 함)는 다른 기존의 다중 액세스 방법보다 더 높은 용량 이득을 제공한다. Non-Orthogonal Multiple Access (hereinafter referred to as NOMA) in the power domain, which has recently been spotlighted, provides a higher capacity gain than other existing multiple access methods.

전력 도메인에 NOMA를 사용하면 서로 다른 정보 신호를 중첩하여 여러 사용자 심볼에 동시에 전송할 수 있다. When NOMA is used in the power domain, different information signals can be overlapped and transmitted simultaneously to several user symbols.

기지국(Base Station, BS, Source)과의 최단거리를 기준으로 상대적 거리가 짧은 경우에 해당하는 CCU(Cell Center User, 셀 중심 사용자) 및 상대적 거리가 먼 경우에 해당하는 CEU (Cell Edge User, 셀 외각 사용자)에 대한 수신 신호는 전력 할당 수준에 따라 구분된다.Based on the shortest distance to the base station (Base Station, BS, Source), CCU (Cell Center User) corresponds to the case where the relative distance is short, and CEU (Cell Edge User, Cell Edge User) corresponds to the case where the relative distance is long Received signals for remote users) are classified according to power allocation levels.

최근, 기존에 NOMA를 활용하되 다양한 방법을 접목하여 채널용량을 개선하거나 무선 통신이 원활하게 이루어지기 위한 방법이 연구되고 있다.Recently, a method for improving channel capacity or for smooth wireless communication by combining various methods while utilizing existing NOMA has been researched.

그 중 Cooperative NOMA(CNOMA)는 협력적 비직교 다중 접속으로서, 기지국에서 복수의 UE(User Equipment, CCU, CEU들을 통칭하는 것에 해당)들로만 신호를 보내는 것이 아니라, UE들끼리도 협력적으로 신호를 중계(Relay)하도록 하여, 전력 분배 등을 최적화시키도록 하며, 특히 CCU를 CEU용 릴레이로 활용하여 채널이 약한 CEU에 대해서도 수신 데이터 신뢰성과 커버리지 영역을 향상시킬 수 있다.Among them, Cooperative NOMA (CNOMA) is a cooperative non-orthogonal multiple access, which not only transmits signals from a base station to a plurality of UEs (which collectively refer to User Equipment, CCU, and CEU), but also cooperatively relays signals between UEs. In particular, by using the CCU as a relay for CEU, reliability of received data and coverage area can be improved even for a CEU having a weak channel.

또 다른 방법으로는 CCU는 SIC(Successive Interference Cancellation, 순차적 간섭 제거)에 의해 자체적으로 신호를 디코딩하며, 또한 CEU의 기호를 해독하고 CEU로 중계하여 신뢰성을 향상시킬 수도 있다. As another method, the CCU decodes a signal by itself through Successive Interference Cancellation (SIC), and also decodes the symbols of the CEU and relays them to the CEU to improve reliability.

또한 채널 용량을 개선하기 위해 CNOMA에 대한 여러 연구가 있는데, 이전 연구에서는 사용자 페어링 사용, 직교 다중 액세스(OMA) 및 NOMA의 조합, GSSK (Generalized Space Shift Keying)와 NOMA의 통합, 조정된 다중 포인트 사용(CoMP) 및 NOMA와 같은 방법이 제안되어 있다. In addition, there are several studies on CNOMA to improve channel capacity, previous studies using user pairing, combination of Orthogonal Multiple Access (OMA) and NOMA, integration of Generalized Space Shift Keying (GSSK) with NOMA, and use of coordinated multipoint Methods such as (CoMP) and NOMA have been proposed.

한편, 궤도 각 운동량(OAM : Orbital Angular Momentum, 이하 OAM이라 함) 신호를 활용하여 CNOMA의 총 용량(SC : Sum Capacity)을 개선할 수 있는 엄청난 잠재력이 있다. OAM은 신호 전송을 위해 OAM 모드로 알려진 새로운 자유도를 사용한다. On the other hand, there is tremendous potential for improving the sum capacity (SC) of CNOMA by utilizing Orbital Angular Momentum (OAM) signals. OAM uses a new degree of freedom known as OAM mode for signal transmission.

따라서, CNOMA의 총 채널용량을 개선하기 위해 OAM을 CNOMA에 결합하여 신호 전송하는 방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.Therefore, in order to improve the total channel capacity of CNOMA, it is necessary to study a method of transmitting signals by combining OAM with CNOMA.

L. Dai, B. Wang, Y. Yuan, S. Han, C. I and Z. Wang, "Non-orthogonal multiple access for 5G: solutions, challenges, opportunities, and future research trends," in IEEE Communications Magazine, vol. 53, no. 9, pp. 74-81, September 2015. L. Dai, B. Wang, Y. Yuan, S. Han, C. I and Z. Wang, "Non-orthogonal multiple access for 5G: solutions, challenges, opportunities, and future research trends," in IEEE Communications Magazine, vol. 53, no. 9, p. 74-81, September 2015. J. W. Kim, S. Y. Shin and V. C. M. Leung, "Performance Enhancement of Downlink NOMA by Combination With GSSK," in IEEE Wireless Communications Letters, vol. 7, no. 5, pp. 860-863, Oct. 2018. J. W. Kim, S. Y. Shin and V. C. M. Leung, "Performance Enhancement of Downlink NOMA by Combination With GSSK," in IEEE Wireless Communications Letters, vol. 7, no. 5, p. 860-863, Oct. 2018. Y. Tian, A. R. Nix and M. Beach, "On the Performance of Opportunistic NOMA in Downlink CoMP Networks," in IEEE Communications Letters, vol. 20, no. 5, pp. 998-1001, May 2016. Y. Tian, A. R. Nix and M. Beach, "On the Performance of Opportunistic NOMA in Downlink CoMP Networks," in IEEE Communications Letters, vol. 20, no. 5, p. 998-1001, May 2016. K. Janghel and S. Prakriya, "Performance of Adaptive OMA/Cooperative-NOMA Scheme With User Selection," in IEEE Communications Letters, vol. 22, no. 10, pp. 2092-2095, Oct. 2018. K. Janghel and S. Prakriya, "Performance of Adaptive OMA/Cooperative-NOMA Scheme With User Selection," in IEEE Communications Letters, vol. 22, no. 10, p. 2092-2095, Oct. 2018. R. Jiao, L. Dai, J. Zhang, R. MacKenzie and M. Hao, "On the Performance of NOMA-Based Cooperative Relaying Systems Over Rician Fading Channels," in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 66, no. 12, pp. 11409-11413, Dec. 2017. R. Jiao, L. Dai, J. Zhang, R. MacKenzie and M. Hao, "On the Performance of NOMA-Based Cooperative Relaying Systems Over Rician Fading Channels," in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 66, no. 12, p. 11409-11413, Dec. 2017.

본 발명의 목적은 채널용량을 개선하고, OAM 모드에 의해 간섭없이 CCU 신호를 전송할 수 있으며, 협력적 NOMA 통신에 의해 CEU신호의 수신 신뢰성을 향상시킬 수 있는 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a radio signal transmission method combining CNOMA-OAM that can improve channel capacity, transmit CCU signals without interference by OAM mode, and improve reception reliability of CEU signals by cooperative NOMA communication. is to provide

본 발명의 일 실시예에 따른 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법은, 기지국과 근거리에 위치한 CCU와, 원거리에 위치한 CEU 간에 단일 셀 내에서 협력적 NOMA 통신을 이용한 신호 전송 방법에 있어서, 기지국은 첫번째 시간 슬롯 동안 상기 CCU에 보낼 CCU신호와 상기 CEU에 보낼 CEU신호가 중첩된 NOMA 신호를 동일 주파수 대역을 이용하여 CCU와 CEU에 동시 전송하는 단계; 상기 기지국은 OAM 모드를 사용하여 첫번째 시간 슬롯 동안 CCU신호를 추가 전송하는 단계; 상기 CCU는 두번째 시간 슬롯 동안 상기 중첩된 NOMA 신호를 디코딩하여 자신이 수신할 CCU신호를 수신함과 아울러, 디코딩된 CEU신호를 CEU로 중계 전송하는 단계를 포함한다.A radio signal transmission method combining CNOMA-OAM according to an embodiment of the present invention is a signal transmission method using cooperative NOMA communication within a single cell between a CCU located in a short distance from a base station and a CEU located in a long distance, wherein the base station comprises: simultaneous transmission of a NOMA signal in which a CCU signal to be transmitted to the CCU and a CEU signal to be transmitted to the CEU are superimposed to the CCU and the CEU using the same frequency band during a first time slot; additionally transmitting, by the base station, a CCU signal during a first time slot using an OAM mode; The CCU decodes the overlapped NOMA signal during a second time slot to receive a CCU signal to be received by the CCU, and relays and transmits the decoded CEU signal to the CEU.

상기에 있어서, 상기 OAM 모드를 사용시, CCU와 기지국 사이의 근거리 가정으로 인해 Rician 페이딩 채널이 고려되는 것을 특징으로 한다.In the above, when using the OAM mode, it is characterized in that a Rician fading channel is considered due to a short-range assumption between the CCU and the base station.

상기에 있어서, 상기 OAM 모드에 사용되는 OAM 빔은 신호 전송시 고강도 영역에서 발산하여 발생하는 감쇠를 줄이고, OAM 빔의 헬리컬 위상 프로파일에 영향을 주지 않도록 하기 위해 상기 기지국에서 Fresnel-zone-plate 렌즈 안테나를 사용하여 상기 OAM 모드의 CCU신호를 전송하는 것을 특징으로 한다.In the above, the OAM beam used in the OAM mode is a Fresnel-zone-plate lens antenna in the base station to reduce attenuation caused by divergence in a high-intensity region during signal transmission and not to affect the helical phase profile of the OAM beam. It is characterized in that the CCU signal of the OAM mode is transmitted using

상기에 있어서, 정규화된 시간과 총 전송 전력 (각각 T = 1 및 P = 1)을 고려하면 CCU 신호

Figure pat00001
및 CEU신호
Figure pat00002
의 달성 가능한 용량
Figure pat00003
은 각각 하기 수학식 1 및 수학식 2와 같이 획득되는 것을 특징으로 한다.In the above, considering the normalized time and total transmit power (T = 1 and P = 1, respectively), the CCU signal
Figure pat00001
and CEU signal
Figure pat00002
achievable capacity of
Figure pat00003
Is characterized in that it is obtained as in Equation 1 and Equation 2, respectively.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00005
Figure pat00005

(여기서,

Figure pat00006
는 전송신호에 대한 신호대잡음비(SNR)이고, AWGN (additive white Gaussian noise) 잡음 분산은 모든 수신 신호에 대해
Figure pat00007
이며, P는 총 전송 전력이고,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
Figure pat00010
는 각각 CCU, OAM을 위한 CCU 및 CEU에 할당된 전력이며,
Figure pat00011
,
Figure pat00012
Figure pat00013
는 각각 CCU신호, CEU신호 및 CCU의 CEU로의 중계신호에 대한 Rician 페이딩 채널 계수이다.) (here,
Figure pat00006
is the signal-to-noise ratio (SNR) for the transmitted signal, and the additive white Gaussian noise (AWGN) noise variance is for all received signals
Figure pat00007
, P is the total transmit power,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
and
Figure pat00010
is the power allocated to CCU and CEU for CCU and OAM, respectively;
Figure pat00011
,
Figure pat00012
and
Figure pat00013
is the Rician fading channel coefficient for the CCU signal, the CEU signal, and the relaying signal from the CCU to the CEU, respectively.)

상기에 있어서, 상기 OAM 빔에 의한 CCU 신호

Figure pat00014
의 용량
Figure pat00015
은 하기 수학식 3과 같이 획득 되는 것을 특징으로 한다.In the above, the CCU signal by the OAM beam
Figure pat00014
capacity of
Figure pat00015
is characterized in that it is obtained as in Equation 3 below.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00016
Figure pat00016

(여기서,

Figure pat00017
는 전송신호에 대한 신호대잡음비(SNR)이고, AWGN (additive white Gaussian noise) 잡음 분산은 모든 수신 신호에 대해
Figure pat00018
이며, P는 총 전송 전력이고,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
Figure pat00021
는 각각 CCU, OAM을 위한 CCU 및 CEU에 할당된 전력이다.) (here,
Figure pat00017
is the signal-to-noise ratio (SNR) for the transmitted signal, and the additive white Gaussian noise (AWGN) noise variance is for all received signals
Figure pat00018
, P is the total transmit power,
Figure pat00019
,
Figure pat00020
and
Figure pat00021
is the power allocated to CCU and CEU for CCU and OAM, respectively.)

본 발명의 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법은 CNOMA-OAM 통신을 통해 SC를 향상시킬 수 있으며, 하기의 수치 산술적 결과 분석에 살펴본 바와 같이, 본 발명의 CNOMA-OAM이 Rician 페이딩 채널을 통해 종래의 다른 방식보다 훨씬 높은 SC를 제공함을 보여주며, 제공된 분석 결과는 시뮬레이션 결과에 의해 입증되며, OAM 빔에 대한 최적 전송 전력도 수행할 수 있게 되며, 향후 CNOMA-OAM 기반 동시 무선 정보 및 전력 전송 연구에 기여할 수 있다.The radio signal transmission method combining CNOMA-OAM of the present invention can improve SC through CNOMA-OAM communication. It shows that it provides a much higher SC than other methods of , and the provided analysis results are proven by simulation results, and it is possible to perform optimal transmission power for OAM beams, and future CNOMA-OAM-based simultaneous radio information and power transmission research can contribute to

또한, OAM 모드에서 CCU로 추가 전송에 의해 신호 간섭없이 신호를 CCU에서 수신할 수 있으며,CEU의 경우, 중계 전송에 의해 채널이 약한 경우에도 CCU의 중계를 통해 안전하게 신호를 전송받을 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.In addition, signals can be received by the CCU without signal interference by additional transmission to the CCU in OAM mode, and in the case of CEU, even when the channel is weak due to relay transmission, signals can be safely transmitted through relaying of the CCU, increasing reliability. can improve

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송을 위한 CNOMA-OAM 시스템 모델의 개념도이다.
도 2는 도 1의 CNOMA-OAM 시스템을 이용한 통신 프로토콜 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 CNOMA-OAM 통신의 SC에 대한 OAM 빔의 할당된 전력의 영향 비교 예이다.
도 4는 SNR에 대한 CCU의 용량 비교 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 SNR에 대한 CEU의 용량 비교 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 CNOMA-OAM과 다른 방식의 SC 비교 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법의 순서도이다.
1 is a conceptual diagram of a CNOMA-OAM system model for radio signal transmission combining CNOMA-OAM according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing an example of a communication protocol using the CNOMA-OAM system of FIG. 1;
3 is a comparison example of the influence of the allocated power of the OAM beam on the SC of CNOMA-OAM communication.
4 is a diagram showing an example of capacity comparison of CCUs with respect to SNR.
5 is a diagram showing an example of capacity comparison of CEUs with respect to SNR.
6 is a diagram showing an SC comparison example of a method different from CNOMA-OAM.
7 is a flowchart of a radio signal transmission method combining CNOMA-OAM according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the spirit of the present invention is not limited to the presented embodiments, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add, change, delete, etc. other elements within the scope of the same spirit, through other degenerative inventions or the present invention. Other embodiments included within the scope of the inventive idea can be easily proposed, but it will also be said to be included within the scope of the inventive concept. In addition, components having the same function within the scope of the same idea appearing in the drawings of each embodiment are described using the same reference numerals.

본 발명에서 사용되는 OAM은 전파된 전자기파의 방위각에 대한 위상 변화를 이용하는 것으로, 파동의 나선형 위상 구조로 이어지며, CNOMA와 OAM간의 고려된 상호 작용은 본 발명에서 CNOMA-OAM으로 명명하기로 한다.The OAM used in the present invention uses the phase change with respect to the azimuthal angle of the propagated electromagnetic wave, leading to the spiral phase structure of the wave, and the considered interaction between CNOMA and OAM will be named CNOMA-OAM in the present invention.

본 발명에서 CNOMA 통신에 OAM을 결합한 통신으로 기존의 CNOMA 통신에 대해 설명하면, 다음과 같다.In the present invention, the existing CNOMA communication as communication combining OAM with CNOMA communication will be described as follows.

우선 NOMA 기반 협력적 통신은 하나 또는 다수의 릴레이의 도움을 통해 소스와 목적지 간의 통신 연결을 수행하는 협력 통신은 통신 범위를 확장하고 다중 경로 페이딩 효과에 효율적으로 대처하여 시스템 용량을 증가시키는 기술로 협력적 통신 시스템에서 릴레이는 증폭 및 포워드(Amplify and Forward: AF) 및 디코드 및 포워드(Decode and Forward: DF) 등과 같은 포워딩 프로토콜을 적용하여 수신된 정보 신호를 관련 목적지로 전송한다.First of all, cooperative communication based on NOMA, which performs a communication connection between a source and a destination through the help of one or multiple relays, is a technology that expands the communication range and effectively copes with multi-path fading effects to increase system capacity. In an enemy communication system, a relay transmits a received information signal to a related destination by applying a forwarding protocol such as Amplify and Forward (AF) and Decode and Forward (DF).

또한, 릴레이는 동작에 따라 반이중(HD) 및 전이중(FD)으로 크게 분류된다. 협력적 통신과 NOMA 의 결합은 NOMA의 시스템 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, relays are largely classified into half-duplex (HD) and full-duplex (FD) according to operation. The combination of cooperative communication and NOMA can further improve NOMA's system efficiency.

또한 협력 NOMA 전송 방식은 직접 전송 단계(Non-cooperative NOMA)와 협력(Cooperative)하여 전송하는 중계 전송 단계의 두 단계로 나누어진다.In addition, the cooperative NOMA transmission method is divided into two stages: a direct transmission stage (Non-cooperative NOMA) and a cooperative transmission stage.

직접 전송 단계에서, 기지국은 사용자 A 및 사용자 B를 위한 메시지를 중첩시켜서 전송한다. 중계 전송 단계에서, 사용자 B는 자신의 메시지를 디코딩하기 위해 사용자 A의 신호에 대한 SIC를 수행하며, 이후 디코딩된 정보를 사용자 A로 전송하기 위한 중계 역할을 한다. 따라서 사용자 A에게는 2개의 동일한 메시지가 서로 다른 채널을 통해 수신된다. In the direct transmission step, the base station overlaps and transmits messages for user A and user B. In the relay transmission step, user B performs SIC on the signal of user A to decode its own message, and then acts as a relay to transmit the decoded information to user A. Therefore, user A receives two identical messages through different channels.

결과적으로, NOMA 기반의 협력 통신은 채널 상태가 약한 사용자 B의 수신 신뢰도를 상당히 향상시킬 수 있다.As a result, cooperative communication based on NOMA can significantly improve reception reliability of user B having a weak channel condition.

본 발명의 일 실시예에 따른 하향 링크(DL) 통신을 위해 본 발명의 CNOMA-OAM 통신을 위한 시스템 모델은 도 1에 도시하고 있다. A system model for CNOMA-OAM communication of the present invention for downlink (DL) communication according to an embodiment of the present invention is shown in FIG.

CNOMA-OAM 통신을 위한 시스템에서는 기지국(BS)과 복수의 사용자 단말에 해당하는, CCU(Cell Center User)와 CEU(Cell Edge User)를 포함하고, 단일 셀을 가정한다.A system for CNOMA-OAM communication includes a base station (BS) and a cell center user (CCU) and a cell edge user (CEU) corresponding to a plurality of user terminals, and assumes a single cell.

CCU는 CEU보다 BS에 훨씬 더 가깝다고 가정하며, 완벽한 채널 상태 정보 (CSI)가 가정되며, CCU는 CEU에 비해 채널 이득이 더 높은 것으로 가정한다. 또한 데이터 신뢰성과 커버리지 영역을 향상시키기 위해 CCU는 CEU를 위한 디코드 및 포워드(DF)를 수행하는 릴레이로 사용되도록 협력적 통신을 수행한다. The CCU is assumed to be much closer to the BS than the CEU, perfect channel state information (CSI) is assumed, and the CCU is assumed to have a higher channel gain compared to the CEU. In addition, in order to improve data reliability and coverage area, the CCU performs cooperative communication to be used as a relay that performs decode and forward (DF) for the CEU.

도 1에 도시된

Figure pat00022
Figure pat00023
는 BS에서 CCU 및 CEU의 각각 정규화된 거리를 의미한다. BS-to-CCU (링크 1), BS-to-CEU (링크 2) 및 CCU-to-CEU(링크 4)의 독립적 인 Rician 페이딩 채널 계수는 각각
Figure pat00024
,
Figure pat00025
Figure pat00026
로 표시된다. shown in Figure 1
Figure pat00022
and
Figure pat00023
Means each normalized distance of CCU and CEU in BS. The independent Rician fading channel coefficients of BS-to-CCU (link 1), BS-to-CEU (link 2) and CCU-to-CEU (link 4) are respectively
Figure pat00024
,
Figure pat00025
and
Figure pat00026
is indicated by

Figure pat00027
,
Figure pat00028
Figure pat00029
는 각각 BS-CCU, BS-CEU 및 CCU-CEU 링크의 평균 전력이다. 여기서는
Figure pat00030
<
Figure pat00031
로 가정한다.
Figure pat00027
,
Figure pat00028
and
Figure pat00029
is the average power of the BS-CCU, BS-CEU and CCU-CEU links, respectively. here
Figure pat00030
<
Figure pat00031
Assume

또한 BS-to-CCU (Link 3)의 OAM 채널은

Figure pat00032
으로 표시되며, 또한
Figure pat00033
은 고려된 OAM 모드를 나타낸다. Also, the OAM channel of BS-to-CCU (Link 3) is
Figure pat00032
, and also
Figure pat00033
denotes the considered OAM mode.

감쇠를 줄이기 위해 낮은 수의 OAM 모드, 즉

Figure pat00034
= 1이 고려될 수 있다. OAM은 LOS(Line-of-Sight) 조건에서 더 나은 성능을 제공하고, 채널 조건이 더 좋은 사용자에게 있어 OAM은 도 1에서 CCU에서만 전송되도록 고려되는 이유이다. A low number of OAM modes to reduce attenuation, i.e.
Figure pat00034
= 1 can be considered. OAM provides better performance in line-of-sight (LOS) conditions, and this is why OAM is considered to be transmitted only in the CCU in FIG. 1 for users with better channel conditions.

Figure pat00035
,
Figure pat00036
Figure pat00037
는 각각 CCU, OAM을 위한 CCU 및 CEU에 할당된 전력이며, 여기서,
Figure pat00038
>
Figure pat00039
+
Figure pat00040
Figure pat00041
=
Figure pat00042
=
Figure pat00043
이다. P는 총 전송 전력으로 표시된다.
Figure pat00035
,
Figure pat00036
and
Figure pat00037
Is the power allocated to CCU and CEU for CCU and OAM, respectively, where
Figure pat00038
>
Figure pat00039
+
Figure pat00040
and
Figure pat00041
=
Figure pat00042
=
Figure pat00043
to be. P is denoted as the total transmitted power.

CNOMA-OAM 결합 통신 방식에 대해 본 발명에서 다운로드 링크(DL) 전송을 위한 통신 프로토콜 예는 도 2에 도시하고 있다. An example of a communication protocol for transmission of a download link (DL) in the present invention for the CNOMA-OAM combined communication scheme is shown in FIG. 2 .

여기서 T는 전체 DL 전송을 위한 시간 슬롯(Time Slot)의 총 지속 시간에 해당하며, 본 발명의 본 발명의 통신 프로토콜에 따르면,

Figure pat00044
Figure pat00045
는 T/2 시간의 첫 번째 타임 슬롯(First Time Slot)에서 CNOMA에 의해 각각 CCU와 CEU로 전송된다.Here, T corresponds to the total duration of time slots for all DL transmissions, and according to the communication protocol of the present invention,
Figure pat00044
class
Figure pat00045
is transmitted to the CCU and CEU respectively by CNOMA in the first time slot of time T/2.

또한 동시에 슬롯

Figure pat00046
은 간섭없이 OAM 모드에 의해 CCU로 동시에 전송된다. T/2 시간 동안의 두 번째 시간 슬롯(Second Time Slot)에서 CCU(DF)는
Figure pat00047
를 CEU에 중계하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Also slot at the same time
Figure pat00046
are simultaneously transmitted to the CCU by OAM mode without interference. In the second time slot for T/2 time, the CCU (DF)
Figure pat00047
can be relayed to the CEU to improve reliability.

1. 직접 전송(Direct Transmission)1. Direct Transmission

CNOMA 통신 개념에 따르면, 첫 번째 시간 슬롯에서 BS는 하기 수학식 1과 같이 두 개의 서로 다른 데이터 신호 심볼

Figure pat00048
Figure pat00049
의 중첩을 CCU와 CEU로 전송한다.According to the CNOMA communication concept, in the first time slot, the BS has two different data signal symbols as shown in Equation 1 below
Figure pat00048
class
Figure pat00049
The superposition of is transmitted to the CCU and CEU.

Figure pat00050
Figure pat00050

여기서

Figure pat00051
는 i 번째 데이터 기호를 나타낸다. CCU는 SIC를 사용하여 상기 수학식 1로부터
Figure pat00052
을 산출한다. CCU에서 수신 신호
Figure pat00053
Figure pat00054
에 대한 신호대간섭및잡음비(SINR, signal-to-interference plus noise ratio)은 각각 하기 수학식 2와 수학식 3과 같이 얻을 수 있다.here
Figure pat00051
represents the i-th data symbol. From Equation 1 above, the CCU uses SIC.
Figure pat00052
yields Receive signal from CCU
Figure pat00053
and
Figure pat00054
The signal-to-interference plus noise ratio (SINR) for can be obtained as shown in Equations 2 and 3, respectively.

Figure pat00055
Figure pat00055

Figure pat00056
Figure pat00056

여기서

Figure pat00057
는 전송신호에 대한 신호대잡음비(SNR)이고, AWGN (additive white Gaussian noise) 잡음 분산은 모든 수신 신호에 대해
Figure pat00058
이다.here
Figure pat00057
is the signal-to-noise ratio (SNR) for the transmitted signal, and the additive white Gaussian noise (AWGN) noise variance is for all received signals
Figure pat00058
to be.

또한

Figure pat00059
는 CEU에 의해 디코딩될 수 있으며, CEU에서 신호
Figure pat00060
에 대해 수신된 SINR은 하기 수학식 4와 같이 산출될 수 있다.Also
Figure pat00059
can be decoded by the CEU, and a signal in the CEU
Figure pat00060
The received SINR for can be calculated as shown in Equation 4 below.

Figure pat00061
Figure pat00061

또한

Figure pat00062
Figure pat00063
와 함께 OAM (
Figure pat00064
= 1)을 사용하여 동시에 CCU로 직접 전송된다. CCU와 BS 사이의 근거리 가정으로 인해 Rician 페이딩 채널이 고려된다. NOMA 링크는 OAM 모드의 차이로 인해 OAM 링크를 방해하지 않으며, CCU에서 신호
Figure pat00065
에 대해 수신된 SINR은 하기 수학식 5와 같이 표현할 수 있다.Also
Figure pat00062
silver
Figure pat00063
with OAM (
Figure pat00064
= 1) and transmitted directly to the CCU at the same time. A Rician fading channel is considered due to the assumption of a short distance between the CCU and the BS. The NOMA link does not interfere with the OAM link due to the difference in OAM mode, and the signal from the CCU
Figure pat00065
The received SINR for can be expressed as in Equation 5 below.

Figure pat00066
Figure pat00066

여기서

Figure pat00067
는 내림차순으로 표시된 OAM 채널의 특이값이다.here
Figure pat00067
is the singular value of the OAM channels expressed in descending order.

OAM 빔은 고강도 영역에서 발산하여 감쇠를 일으킬 수 있으나, BS에서 Fresnel-zone-plate 렌즈 안테나를 사용하면 OAM 빔의 헬리컬 위상 프로파일에 영향을 주지 않고, 이 문제를 완화할 수 있다. 정규화된 채널 행렬

Figure pat00068
은 하기 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.OAM beams can diverge in the high-intensity region and cause attenuation, but using a Fresnel-zone-plate lens antenna in the BS can alleviate this problem without affecting the helical phase profile of the OAM beam. normalized channel matrix
Figure pat00068
Can be expressed as in Equation 6 below.

Figure pat00069
Figure pat00069

여기서 m은 수신 안테나의 인덱스이고, M은 총 수신 안테나 수다. Here, m is the index of the receiving antenna, and M is the total number of receiving antennas.

여기서는 OAM에 의해

Figure pat00070
을 전송하기 위해 하나의 OAM 빔이 고려되기 때문에, LOS 시스템을 위한 OAM 빔 사이에 심볼 간 간섭 또는 모드 간 간섭의 가능성이 없다.here by OAM.
Figure pat00070
Since one OAM beam is considered to transmit , there is no possibility of inter-symbol interference or inter-mode interference between OAM beams for the LOS system.

2. 중계 전송(Relay Transmission)2. Relay Transmission

도 1에서 두 번째 시간 슬롯에서 링크 4는 총 전송 전력으로 전송된다. 또한 CCU는 첫 번째 타임 슬롯에서 신호 심볼

Figure pat00071
를 완벽하게 디코딩할 수 있다고 가정한다. CCU에서 중계하여
Figure pat00072
신호에 대해 CEU에서 수신된 SINR은 하기 수학식 7과 같이 표현할 수 있다.In Figure 1, in the second time slot, link 4 transmits at full transmit power. In addition, the CCU has signal symbols in the first time slot.
Figure pat00071
Assume that can be perfectly decoded. relayed by the CCU
Figure pat00072
The SINR received at the CEU for the signal can be expressed as Equation 7 below.

Figure pat00073
Figure pat00073

3. 합계 용량(Sum Capacity)3. Sum Capacity

정규화된 시간과 총 전송 전력 (각각 T = 1 및 P = 1)을 고려하면

Figure pat00074
Figure pat00075
의 달성 가능한 용량은 각각 하기 수학식 8, 수학식 9와 같이 얻을 수 있다.Considering the normalized time and total transmitted power (T = 1 and P = 1, respectively),
Figure pat00074
and
Figure pat00075
The achievable capacity of can be obtained as shown in Equation 8 and Equation 9, respectively.

Figure pat00076
Figure pat00076

Figure pat00077
Figure pat00077

또한 OAM 빔에 의한

Figure pat00078
용량은 하기 수학식 10과 같이 획득할 수 있다.Also by the OAM beam
Figure pat00078
The capacity can be obtained as shown in Equation 10 below.

Figure pat00079
Figure pat00079

여기서 K는 OAM 채널 행렬의 순위이다. where K is the rank of the OAM channel matrix.

따라서 총 용량은 하기 수학식 11, 수학식12을 합하여 수학식 13과 같이 산출된다.Therefore, the total capacity is calculated as in Equation 13 by adding Equations 11 and 12 below.

Figure pat00080
Figure pat00080

Figure pat00081
Figure pat00081

Figure pat00082
Figure pat00082

여기서 E [.]는 기대 연산자를 나타낸다. 반면

Figure pat00083
Figure pat00084
는 본 발명의 CNOMA-OAM 방식에 대한 CCU 및 CEU의 용량이다. CNOMA-OAM 방식은 종래의 CNOMA 및 OMA-OAM 방식 및 Rician 페이딩 채널과 비교되며, 구체적 비교는 후술하기로 한다.Here E [.] represents the expectation operator. On the other hand
Figure pat00083
and
Figure pat00084
is the capacity of CCU and CEU for the CNOMA-OAM scheme of the present invention. The CNOMA-OAM scheme is compared with conventional CNOMA and OMA-OAM schemes and Rician fading channels, and detailed comparisons will be described later.

4. 종래의 OMA-OAM 체계4. Conventional OMA-OAM scheme

OMA의 경우 TDMA(Time Division Multiple Access)가 고려된다. 이 경우 BS는 총 전송 전력이 P인 다른 시간 슬롯에서 CCU 및 CEU에 대한 정보 신호를 독립적으로 전송한다. 다른 신호 심볼 (예 :

Figure pat00085
,
Figure pat00086
Figure pat00087
)에 대해 CCU 및 CEU에 할당된 다른 시간 슬롯과
Figure pat00088
에 대한 릴레이는 다음과 같이 표시된다. For OMA, Time Division Multiple Access (TDMA) is considered. In this case, the BS independently transmits information signals for the CCU and CEU in different time slots with a total transmit power of P. Other signal symbols, e.g.
Figure pat00085
,
Figure pat00086
and
Figure pat00087
) with the other time slots assigned to the CCU and CEU for
Figure pat00088
The relay for is shown as

Figure pat00089
,
Figure pat00090
,
Figure pat00091
Figure pat00092
. 또한 T = 1이 여기에서 고려되므로 전체 시간 슬롯은 OMA-OAM 방식의 각 시간 슬롯에 대해 동일하게 분할된다.
Figure pat00089
,
Figure pat00090
,
Figure pat00091
and
Figure pat00092
. Also, since T = 1 is considered here, the entire time slot is equally divided for each time slot in the OMA-OAM scheme.

따라서 여기에서는

Figure pat00093
=
Figure pat00094
=
Figure pat00095
=
Figure pat00096
=
Figure pat00097
가 고려되며, 달성 가능한
Figure pat00098
Figure pat00099
용량은 OMA-OAM 방식에 대해 하기 수학식 14 및 수학식 15와 같이 달성할 수 있다. So here
Figure pat00093
=
Figure pat00094
=
Figure pat00095
=
Figure pat00096
=
Figure pat00097
is considered, achievable
Figure pat00098
and
Figure pat00099
Capacity can be achieved as shown in Equations 14 and 15 below for the OMA-OAM scheme.

Figure pat00100
Figure pat00100

Figure pat00101
Figure pat00101

또한 OAM 빔에 의해 달성 가능한

Figure pat00102
용량을 이용하여 CCU와 CEU의 OMA-OAM 방식에서의 합계 용량에 대해 하기 수학식 16 내지 수학식 20과 같이 획득할 수 있다.Also achievable by OAM beams
Figure pat00102
The total capacities of the CCU and CEU in the OMA-OAM scheme can be obtained using the capacities as shown in Equations 16 to 20 below.

Figure pat00103
Figure pat00103

따라서 OMA-OAM 방식의 SC는 하기 수학식 17 및 수학식 18을 이용하여, 하기 수학식 19로 얻을 수 있다.Therefore, SC of the OMA-OAM method can be obtained by Equation 19 below using Equations 17 and 18 below.

Figure pat00104
Figure pat00104

Figure pat00105
Figure pat00105

Figure pat00106
Figure pat00106

여기서 E [.]는 기대 연산자를 나타낸다. 또한

Figure pat00107
Figure pat00108
는 OMA-OAM 체계에 대한 CCU 및 CEU의 용량이다.Here E [.] represents the expectation operator. Also
Figure pat00107
and
Figure pat00108
is the capacity of CCU and CEU for the OMA-OAM scheme.

5. 용량 분석5. Capacity analysis

이 용량 분석에서는 독립적인 Rician 페이딩 채널을 통해 본 발명의 CNOMA-OAM의 총 용량에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.In this capacity analysis, the total capacity of the CNOMA-OAM of the present invention through independent Rician fading channels will be described in detail.

먼저

Figure pat00109
을 지정하고,
Figure pat00110
의 CDF는 하기 수학식 20과 같다.first
Figure pat00109
specify,
Figure pat00110
The CDF of is shown in Equation 20 below.

Figure pat00111
Figure pat00111

여기서

Figure pat00112
이다.here
Figure pat00112
to be.

또한 아래 첨자 x는 BS-CEU 링크, y는 BS-CCU 링크, w는 CCU-CEU 링크를 각각 나타낸다. 마찬가지로

Figure pat00113
의 CDF는 하기 수학식 21과 같이 구할 수 있다.Also, subscript x denotes a BS-CEU link, y denotes a BS-CCU link, and w denotes a CCU-CEU link. Likewise
Figure pat00113
The CDF of can be obtained as shown in Equation 21 below.

Figure pat00114
Figure pat00114

여기서 매개 변수는 수학식 16에 의해 정의된다. Here, the parameter is defined by Equation 16.

따라서

Figure pat00115
의 정확한 표현은 수학식 22와 같이 구할 수 있다.thus
Figure pat00115
The exact expression of can be obtained as in Equation 22.

Figure pat00116
Figure pat00116

여기서 D(ρ)는 수학식 23과 같다. Here, D(ρ) is equal to Equation 23.

Figure pat00117
Figure pat00117

또한

Figure pat00118
는 D (ρ)로 유도될 수 있으며, 마찬가지로
Figure pat00119
의 정확한 표현은 하기 수학식 24와 같다.Also
Figure pat00118
can be derived as D(ρ), and likewise
Figure pat00119
The exact expression of is as shown in Equation 24 below.

Figure pat00120
Figure pat00120

또한 OAM 채널은 CCU에 대한 LOS 통신에서 수행되고 있으며, CCU도 CEU보다 채널 상태가 더 좋다. 따라서 OAM에 의한

Figure pat00121
의 정확한 표현은 하기의 수학식 25와 같이 얻을 수 있다. In addition, the OAM channel is performed in LOS communication to the CCU, and the CCU has a better channel condition than the CEU. Therefore, by OAM
Figure pat00121
The exact expression of can be obtained as in Equation 25 below.

Figure pat00122
Figure pat00122

수학식 22, 수학식 24 및 수학식 25를 이용하여, 총 용량은 하기 수학식 26과 수학식 27을 합하여 수학식 28과 같이 얻을 수 있다.Using Equations 22, 24, and 25, the total capacity can be obtained as shown in Equation 28 by adding Equations 26 and 27 below.

Figure pat00123
Figure pat00123

Figure pat00124
Figure pat00124

Figure pat00125
Figure pat00125

여기서 E [.]는 기대 연산자를 나타낸다. 또한

Figure pat00126
Figure pat00127
는 본 발명의 CNOMA-OAM 방식에 대한 CCU 및 CEU의 정확한 용량을 의미한다.Here E [.] represents the expectation operator. Also
Figure pat00126
and
Figure pat00127
Means the exact capacities of CCU and CEU for the CNOMA-OAM method of the present invention.

6. 산술적 결과 분석6. Analysis of arithmetic results

Rician 페이딩 매개 변수는

Figure pat00128
=
Figure pat00129
= 5 및
Figure pat00130
= 2로 간주된다. 또한 모든 시뮬레이션 결과 분석에 대해
Figure pat00131
= 0.5 및
Figure pat00132
= 1이 고려된다.
Figure pat00133
= 9 <
Figure pat00134
=
Figure pat00135
= 36은 시뮬레이션을 위해 고려된다. 또한 여기에서는 시뮬레이션 목적으로 P = 1로 가정한다.The Rician fading parameter is
Figure pat00128
=
Figure pat00129
= 5 and
Figure pat00130
= 2 is considered. Also for analysis of all simulation results
Figure pat00131
= 0.5 and
Figure pat00132
= 1 is considered.
Figure pat00133
= 9 <
Figure pat00134
=
Figure pat00135
= 36 is considered for simulation. Also here we assume P = 1 for simulation purposes.

본 발명의 CNOMA-OAM 통신의 SC에 대한 OAM 빔의 할당된 전력의 영향은 도 3에서 분석된다. 본 발명의 방식에 대한 SC 대

Figure pat00136
비교에 대해 ρ = 15 및
Figure pat00137
= 0.6이 고려된다. 도 3에서 볼 수 있듯이
Figure pat00138
= 0.2는 본 발명의 CNOMA-OAM 방식에 최적의 SC를 제공한다. 따라서 용량 대 SNR 비교를 위해
Figure pat00139
= 0.2,
Figure pat00140
= 0.2 및
Figure pat00141
= 0.6이 고려된다.The influence of the allocated power of the OAM beam on the SC of the CNOMA-OAM communication of the present invention is analyzed in FIG. 3 . SC versus the scheme of the present invention
Figure pat00136
ρ = 15 for comparison and
Figure pat00137
= 0.6 is considered. As can be seen in Figure 3
Figure pat00138
= 0.2 gives the optimal SC for our CNOMA-OAM scheme. So for capacity versus SNR comparison
Figure pat00139
= 0.2;
Figure pat00140
= 0.2 and
Figure pat00141
= 0.6 is considered.

SNR에 대한 CCU 및 CEU의 용량 비교는 본 발명의 다른 기존 방식에 대한 도 4와 도 5에 나와 있다. The capacity comparison of CCU and CEU for SNR is shown in FIGS. 4 and 5 for another existing scheme of the present invention.

또한, CNOMA-OAM과 다른 방식의 SC 비교는 도 6에 나와 있다. CNOMA-OAM 방식은 도 6에 표시된 기존 CNOMA 및 OMA-OAM보다 높은 SC를 제공한다.In addition, SC comparison of CNOMA-OAM and other methods is shown in FIG. 6. The CNOMA-OAM method provides a higher SC than the existing CNOMA and OMA-OAM shown in FIG. 6 .

반면 SC는 CCU 및 CEU의 용량 추가이다. 따라서 본 발명의 방식의 경우 CCU의 용량 향상은 도 4에 표시된 첫 번째 타임 슬롯에서 BS에서 CCU로

Figure pat00142
을 동시에 전송하기 위해 추가 OAM 채널을 활용함으로써 달성될 수 있다. On the other hand, SC is the capacity addition of CCU and CEU. Therefore, in the case of the method of the present invention, the capacity improvement of the CCU is from the BS to the CCU in the first time slot shown in FIG.
Figure pat00142
It can be achieved by utilizing an additional OAM channel to transmit simultaneously.

그러나 OMA-OAM은 최대 전력 전송으로 인해 CNOMA-OAM보다 CCU에서 약간 더 높은 용량을 제공한다. CEU의 달성된 용량은 도 5에 표시된 CNOMA-OAM과 기존 CNOMA에 대해 동일하다. 또한 CNOMA-OAM은 도 5에 표시된 OMA-OAM보다 훨씬 높은 용량을 제공한다. 결과적으로 SC는 CNOMA 및 OAM 개념을 효과적으로 활용하여 CNOMA-OAM 체계에서 더욱 향상된다. 본 발명의 CNOMA-OAM 방식의 분석 결과는 Monte-Carlo 시뮬레이션 결과로도 검증된다.However, OMA-OAM offers slightly higher capacity in the CCU than CNOMA-OAM due to maximum power transfer. The achieved capacity of CEU is the same for CNOMA-OAM and conventional CNOMA shown in Figure 5. CNOMA-OAM also provides much higher capacity than OMA-OAM shown in FIG. 5 . As a result, SC is further improved in the CNOMA-OAM scheme by effectively utilizing CNOMA and OAM concepts. The analysis results of the CNOMA-OAM method of the present invention are also verified by Monte-Carlo simulation results.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법의 순서도이다.7 is a flowchart of a radio signal transmission method combining CNOMA-OAM according to an embodiment of the present invention.

기본적으로 CNOMA-OAM 통신을 위해 본 발명의 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법에서는 기지국(BS)과 복수의 사용자 단말에 해당하는, CCU(Cell Center User)와 CEU(Cell Edge User)를 포함하고, 단일 셀을 가정한다.Basically, in the radio signal transmission method combining the CNOMA-OAM of the present invention for CNOMA-OAM communication, a base station (BS) and a plurality of user terminals, including CCU (Cell Center User) and CEU (Cell Edge User), , assuming a single cell.

CCU는 CEU보다 BS에 훨씬 더 가깝다고 가정하며, 완벽한 채널 상태 정보 (CSI)가 가정되며, CCU는 CEU에 비해 채널 이득이 더 높은 것으로 가정한다. 또한 데이터 신뢰성과 커버리지 영역을 향상시키기 위해 CCU는 CEU를 위한 디코드 및 포워드(DF)를 수행하는 릴레이로 사용되도록 협력적 통신을 수행한다. The CCU is assumed to be much closer to the BS than the CEU, perfect channel state information (CSI) is assumed, and the CCU is assumed to have a higher channel gain compared to the CEU. In addition, in order to improve data reliability and coverage area, the CCU performs cooperative communication to be used as a relay that performs decode and forward (DF) for the CEU.

먼저 기지국은 첫번째 시간 슬롯 동안 상기 CCU에 보낼 CCU신호와 상기 CEU에 보낼 CEU신호가 중첩된 NOMA 신호를 동일 주파수 대역을 이용하여 CCU와 CEU에 동시 전송한다(S100).First, the base station simultaneously transmits a NOMA signal in which a CCU signal to be sent to the CCU and a CEU signal to be sent to the CEU are overlapped to the CCU and the CEU using the same frequency band during a first time slot (S100).

상기 기지국은 OAM 모드를 사용하여 첫번째 시간 슬롯 동안 CCU신호를 추가 전송한다(S102).The base station additionally transmits the CCU signal during the first time slot using the OAM mode (S102).

이후, 상기 CCU는 두번째 시간 슬롯 동안 상기 수신한 중첩된 NOMA 신호를 디코딩하여 자신이 수신할 CCU신호를 수신함과 아울러, 디코딩된 CEU신호를 CEU로 중계 전송한다(S104, S106).Thereafter, the CCU decodes the received superimposed NOMA signal during the second time slot to receive a CCU signal to be received by the CCU, and relays and transmits the decoded CEU signal to the CEU (S104 and S106).

이와 같은 통신 방식에 의해 OAM 모드에서 CCU로 추가 전송에 의해 신호 간섭없이 신호를 CCU에서 수신할 수 있으며,CEU의 경우, 중계 전송에 의해 채널이 약한 경우에도 CCU의 중계를 통해 안전하게 신호를 전송받을 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.By this communication method, signals can be received from the CCU without signal interference by additional transmission to the CCU in the OAM mode. can improve reliability.

또한, 결과적으로 CNOMA-OAM이 Rician 페이딩 채널을 통해 종래의 다른 방식보다 훨씬 높은 SC를 제공함을 보여주며, OAM 빔에 대한 최적 전송 전력도 수행할 수 있게 되며, 향후 CNOMA-OAM 기반 동시 무선 정보 및 전력 전송에 대한 연구에 기여할 수 있다.In addition, as a result, it is shown that CNOMA-OAM provides much higher SC than other conventional methods through the Rician fading channel, and it is possible to perform optimal transmission power for OAM beams, and in the future, CNOMA-OAM-based simultaneous radio information and It can contribute to research on power transmission.

Claims (5)

기지국과 근거리에 위치한 CCU와, 원거리에 위치한 CEU 간에 단일 셀 내에서 협력적 NOMA 통신을 이용한 신호 전송 방법에 있어서,
기지국은 첫번째 시간 슬롯 동안 상기 CCU에 보낼 CCU신호와 상기 CEU에 보낼 CEU신호가 중첩된 NOMA 신호를 동일 주파수 대역을 이용하여 CCU와 CEU에 동시 전송하는 단계;
상기 기지국은 OAM 모드를 사용하여 첫번째 시간 슬롯 동안 CCU신호를 추가 전송하는 단계;
상기 CCU는 두번째 시간 슬롯 동안 상기 중첩된 NOMA 신호를 디코딩하여 자신이 수신할 CCU신호를 수신함과 아울러, 디코딩된 CEU신호를 CEU로 중계 전송하는 단계
를 포함하는 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법.
In a signal transmission method using cooperative NOMA communication within a single cell between a CCU located in a short distance from a base station and a CEU located in a long distance,
simultaneously transmitting, by a base station, a NOMA signal in which a CCU signal to be transmitted to the CCU and a CEU signal to be transmitted to the CEU are overlapped, to the CCU and the CEU by using the same frequency band during a first time slot;
additionally transmitting, by the base station, a CCU signal during a first time slot using an OAM mode;
The CCU decoding the overlapped NOMA signal during a second time slot to receive a CCU signal to be received by the CCU and relaying and transmitting the decoded CEU signal to the CEU.
Wireless signal transmission method combining CNOMA-OAM comprising a.
제1항에 있어서,
상기 OAM 모드를 사용시, CCU와 기지국 사이의 근거리 가정으로 인해 Rician 페이딩 채널이 고려되는 것을 특징으로 하는 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법.
According to claim 1,
When using the OAM mode, a radio signal transmission method combining CNOMA-OAM, characterized in that a Rician fading channel is considered due to a short-range assumption between the CCU and the base station.
제2항에 있어서,
상기 OAM 모드에 사용되는 OAM 빔은 신호 전송시 고강도 영역에서 발산하여 발생하는 감쇠를 줄이고, OAM 빔의 헬리컬 위상 프로파일에 영향을 주지 않도록 하기 위해 상기 기지국에서 Fresnel-zone-plate 렌즈 안테나를 사용하여 상기 OAM 모드의 CCU신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법.
According to claim 2,
The OAM beam used in the OAM mode uses a Fresnel-zone-plate lens antenna in the base station to reduce attenuation caused by divergence in a high-intensity region during signal transmission and not to affect the helical phase profile of the OAM beam. A radio signal transmission method combining CNOMA-OAM, characterized in that for transmitting a CCU signal in OAM mode.
제1항에 있어서,
정규화된 시간과 총 전송 전력 (각각 T = 1 및 P = 1)을 고려하면
CCU 신호
Figure pat00143
및 CEU신호
Figure pat00144
의 달성 가능한 용량
Figure pat00145
은 각각 하기 수학식 1 및 수학식 2와 같이 획득되는 것을 특징으로 하는 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법.
[수학식 1]
Figure pat00146

[수학식 2]
Figure pat00147

(여기서,
Figure pat00148
는 전송신호에 대한 신호대잡음비(SNR)이고, AWGN (additive white Gaussian noise) 잡음 분산은 모든 수신 신호에 대해
Figure pat00149
이며, P는 총 전송 전력이고,
Figure pat00150
,
Figure pat00151
Figure pat00152
는 각각 CCU, OAM을 위한 CCU 및 CEU에 할당된 전력이며,
Figure pat00153
,
Figure pat00154
Figure pat00155
는 각각 CCU신호, CEU신호 및 CCU의 CEU로의 중계신호에 대한 Rician 페이딩 채널 계수이다.)
According to claim 1,
Considering the normalized time and total transmitted power (T = 1 and P = 1, respectively),
CCU signal
Figure pat00143
and CEU signal
Figure pat00144
achievable capacity of
Figure pat00145
A radio signal transmission method combining CNOMA-OAM, characterized in that is obtained as in Equation 1 and Equation 2, respectively.
[Equation 1]
Figure pat00146

[Equation 2]
Figure pat00147

(here,
Figure pat00148
is the signal-to-noise ratio (SNR) for the transmitted signal, and the additive white Gaussian noise (AWGN) noise variance is for all received signals
Figure pat00149
, P is the total transmit power,
Figure pat00150
,
Figure pat00151
and
Figure pat00152
is the power allocated to CCU and CEU for CCU and OAM, respectively;
Figure pat00153
,
Figure pat00154
and
Figure pat00155
is the Rician fading channel coefficient for the CCU signal, the CEU signal, and the relaying signal from the CCU to the CEU, respectively.)
제3항에 있어서,
상기 OAM 빔에 의한 CCU 신호
Figure pat00156
의 용량
Figure pat00157
은 하기 수학식 3과 같이 획득 되는 것을 특징으로 하는 CNOMA-OAM을 결합한 무선 신호 전송 방법.
[수학식 3]
Figure pat00158

(여기서,
Figure pat00159
는 전송신호에 대한 신호대잡음비(SNR)이고, AWGN (additive white Gaussian noise) 잡음 분산은 모든 수신 신호에 대해
Figure pat00160
이며, P는 총 전송 전력이고,
Figure pat00161
,
Figure pat00162
Figure pat00163
는 각각 CCU, OAM을 위한 CCU 및 CEU에 할당된 전력이다.)
According to claim 3,
CCU signal by the OAM beam
Figure pat00156
capacity of
Figure pat00157
A radio signal transmission method combining CNOMA-OAM, characterized in that is obtained as shown in Equation 3 below.
[Equation 3]
Figure pat00158

(here,
Figure pat00159
is the signal-to-noise ratio (SNR) for the transmitted signal, and the additive white Gaussian noise (AWGN) noise variance is for all received signals
Figure pat00160
, P is the total transmit power,
Figure pat00161
,
Figure pat00162
and
Figure pat00163
is the power allocated to CCU and CEU for CCU and OAM, respectively.)
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