간섭 완화를 위한 새로운 협력 스펙트럼 공유 기법

공형윤 한국인터넷방송통신학회 2015 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.15 No.1

본 논문은 인지 통신의 1차, 2차 시스템 사이에서 발생되는 협력 스펙트럼 공유 모델을 고려한다. 제시된 모 델은 동상 신호로 표현되는 1차 사용자의 메시지가 존재할 때, 직교 위상 기반의 신호인 2차 사용자의 메시지가 존재 하기 위한 단일 2차 송신기 ST의 배치에 대해 표현한다. 상호 간섭이 없는 순간적인 스펙트럼 공유로 가정하였으므 로, 2차 사용자의 동작으로 인한 1차 사용자의 동작을 보호하는 것은 불필요하다. 또한 1차 시스템의 신호, 2차 시스 템의 신호가 동상 및 직교 위상인 직교 차원에 위치하는 것을 기반으로 하기 때문에, 1차 시스템과 2차 시스템의 신 호는 상호 간섭이 발생하지 않으며 2차 시스템 전원의 일부를 사용하여 1차 시스템의 신호를 강화시킬 수 있다. This article considers a model of cooperative spectrum sharing between primary and secondary systems in which transmission occurs in two phases. In this scheme, we introduce that a single secondary transmitter, ST, employs a quadrature-phase-based signal to present the secondary message, while the primary message is presented by an in-phase-based signal. This allows simultaneous spectrum sharing without mutual interference. Therefore, an interference constraint is not necessary to protect primary operating performance from being degraded by the secondary user operations. Theoretical analysis and Simulations are then provided to confirm the superiority of the proposed scheme over the the current conventional methods.

물리 계층에서 보안 재밍 신호 공유의 한계점과 이진 재밍 메시지 도청의 해결책

공형윤 한국인터넷방송통신학회 2014 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.14 No.6

협력 재밍 기술에 기반한 분산 제로 빔포밍은 도청자가 시드 공유를 감지 할 수 없으며, 도청자가 도청하기 위해 송신단 주변에 위치한 경우 기존의 기법은 제한적으로 적용된다. 따라서 본 논문에서는 이러한 특수한 시나리오에 대한 해결책을 제시한다. 첫 번째 시간 슬롯에서 중계기는 이진 재밍 메시지를 무작위로 생성하고 송신단과 수신단으로 전송한다. 두 수신기가 안전하고 정확하게 메시지를 복호할 때, 송신단은 정보 메시지와 복호된 메시지에 대한 배타적 논리합 기법을 기반으로 다른 메시지를 만들고 전송하게 되며 도청 노드에 의한 도청을 방지할 수 있다. 마지막으로 본 프로토콜을 기존의 기법과 비교하여 성능을 분석하였으며 도청 노드의 위치에 따른 결과가 우수함을 확인하였다. A distributed zero-beamforming based cooperative jamming technique is useless when an eavesdropper detects the sharing seed. In addition, the currently alternatives are very limited when the eavesdropper is located nearby a source for wiretapping. This letter presents a solution to this extreme case. Relay randomly generates and transmits a binary jamming message to both source and destination in the first phase. When these two receivers securely and correctly decode the message, the source creates and transmits another message based on the use of exclusive-or for its information message and the decoded message. Consequently, the next transmission can avoid the eavesdropping.

비화 특성을 가진 RCNC(Random Connection Node Convolutional) 부호 기법의 설계

공형윤,조상복,이창희,Kong, Hyung-Yun,Cho, Sang-Bock,Lee, Chang-Hee 한국정보처리학회 2000 정보처리논문지 Vol.7 No.12

본 논문에서는 비화특성을 가진 새로운 FEC(Forward Error Correction) 부호기법으로 RCNC (Random Connection Node Convolutional) 부호화방식을 소개한다. 최근의 무선통신시스템은 다양한 멀티미디어 데이터 서비스를 하고 있다. 이러한 시스템은 전송 중 발생한 오류에 대한 정정 능력과 더불어 인증 사용자의 접근에 대한 비화 특성이 중요시된다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 RCNC 부호화 방식은 전송 중 발생한 에러에 대한 오류 정정 기능을 가지면서, 전송데이터에 대한 비화성질을 부가하여 허용된 사용자 이외에는 접근이 불가능하도록 하는 암호화 특성을 가진다는 점이다. 본 논문에서는 RCNC 부호화 기법의 동작과 특성을 설명하고 있으며, 또한 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 에러 정정 능력과 사용자 접근 허용정도를 검증하였다. In this paper, we propose the new FEC(Forward Error Correction) code method, so called RCNC(Random Connection Node Convolutional) code with security property. Recently, many wireless communication systems, which can prouide integrated semices of various media types and hil rales, are required to haue the ability of secreting information and error correclion. This code system is a kind qf conuolulional code, but it Ius various code formats as each node is connected differently. And systems hy using RCNC codes haue all. ability of error correction as well as information protection. We describe the principle of operating RCNC codes, including operation examples. In this paper, we also show the peiformance of BER(Bit Error Rate) and verify authority of network system with computer simulation.

고정된 복호 후 재전송 릴레이를 위한 Long-term 페이딩 기반의 전력할당 기법

공형윤,보뉘엔쿽바오 한국통신학회 2008 韓國通信學會論文誌 Vol.33 No.12

This paper considers 2-hop wireless cooperative communications networks with fixed decode-and-forward relays. Specifically, we first derive the closed-form BER expression for theoretically evaluating the end-to-end performance of these networks. Then, based on this expression and long-term fading statistics, we propose a power allocation method for source and relay. Such a method brings about multiple advantages in term of spectral efficiency and implementation complexity over other power allocation methods based on instantaneous fading statistics. A variety of numerical results reveal that the cooperative communications scheme with the proposed power allocation significantly outperforms that with the equal power allocation and 본 논문은 복호 후 재전송의 고정된 릴레이를 가진 2-홉 무선 협력통신 네트워크를 고려한다. 첫 번째로 네트워크의 단대단 성능을 이론적으로 평가하기 위해 closed-form BER 표현을 유도한다. 또한, closed-form BER 표현과 long-term 페이딩 통계를 근거로 하여 소스와 릴레이에 적합한 전력할당 방법을 제안한다. 이러한 방법은 instantaneous 페이딩 기반의 다른 전력할당 방식에 비하여 주파수 효율성과 구현의 복잡도 측면에서 다양한 장점을 가진다, 그리고 동일한 총 전송전력을 가지는 릴레이 네트워크에서 제안하는 전력할당 방식의 협력통신 기법이 동등한 전력 할당방식의 직접전송 기법보다 월등히 좋은 성능을 가진다는 것을 수학적 결과로 나타내었다.

왈시-하다마다 변환과 DGT 기술을 이용한 OFDM 시스템의 PAPR 감소 및 BER성능향상을 위한 연구

공형윤,남두희,Kong Hyung-Yun,Khuong Ho Van,Nam Doo-Hee 한국정보처리학회 2005 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.12 No.4

왈시-하다마다 변환(Walsh-Hadamard Transform, WHT)을 적용한 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 변조방법은 시스템의 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)을 줄여주고, 시스템의 BER(Bit Error Rate) 성능을 향상시키는 장점이 있다. 그러나 기존의 이러한 왈시-하다마다 변환에 기반한 OFDM 시스템은 여전히 비교적으로 높은 PAPR문제가 있다. 그러므로 본 논문에서는 DGT(Data Grouping Technique)이라고 부르는 기술을 제안하고, 이 기술과 왈시-하다마다 변환 기술을 적용하여 PAPR을 더욱 줄여주는 OFDM 시스템을 설계한다. 제안한 DGT기술은 WHT-OFDM뿐만 아니라 일반 OFDM에서 PAPR을 줄여주는 방법들 중에서 큰 단점이 되는 부가정보(side information)가 성능에 대해 독립성을 가진다는 특징이 있다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안한 시스템의 유용성을 검사하고 성능을 검증하였다. The conventional OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) modulation can be combined with WHT (Walsh-Hadamard Transform) to reduce PAPR (Peak-to-Average Power Ratio) and improve BER (Bit Error Rate) performance. However, this WHT-based OFDM system still suffers a relatively high PAPR. Therefore, we suggest a new technique, called DGT (Data Grouping Technique) and design an OFDM system employing it and WHT to further decrease PAPR without the BER performance degradation. h salient property of DGT is the independence of the side information which is inherently a principal drawback of the well-known PAPR reduction techniques for OFDM system as well as WHT-based OFDM. The simulation programs have been also performed to verify the validity of the proposed system.

Application of LLR on Cooperative Communications for Wireless Relay Networks

공형윤,이동운,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Lee, Dong-Un 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.5

복호 후 전달 협력 통신 프로토콜(DFP: Decode-and-Forward Cooperative Communication Protocol)은 하나의 안테나를 쓰는 사용자에게 물리적인 안테나의 증가 없이 다중 안테나 시스템의 강력한 장점을 얻을 수 있는 통신 방법이다. 지금까지는 신호 대 잡음 비율(SNR: Signal to Noise Ratio)이나 경로이득 크기의 루트를 취한 값들을 이용하여 중계 노드에서 복호한 데이터를 전달할지 안 할지를 결정하여 중계 노드에서 부정확한 검파가 되지 않도록 방지하였다. 본 논문에서는 기존의 DFP에서 사용되던 SNR을 대체할 수 있는 LLR(Log-Likelihood Ratio)를 이용하는 방법을 제안하였다. 여러 가지 많은 모의 실험을 통해 레일리 페이딩 환경과 AWGN환경에서 기준 값이나 중계 노드의 위치에 상관없이 LLR기반의 DFP가 SNR기반의 DFP보다 아주 우수한 성능을 보이는 것을 확인하였다. Decode-and-forward cooperative communications protocol (DFP) allows single-antenna users in wireless medium to obtain the powerful benefits of multi-antenna systems without physical antenna arrays. For this protocol, so far the relays have used SNR to evaluate the reliability of the received signal before deciding whether to forward the decoded data so as to prevent their unsuccessful detection. However, SNR only characterizes the long-term statistic of Gaussian noise and thus leading to inaccurate assesment. Therefore, we propose using log-likelihood ratio (LLR) which accounts for the instantaneous noise in the received signal as an alternative to SNR. A variety of simulation results reveal the significant superiority of the SNR-based DFP to the SNR-based DFP regardless of threshold level and relay position under the flat Rayleigh fading channel plus AWGN (Additive White Gaussian Noise).

비선형 적응 여파기 설계를 위한 최소평균자승에러의 알고리듬 수학적 표현

공형윤 울산대학교 1998 공학연구논문집 Vol.29 No.2

본 논문에서는 최소평균자승에러 (MMSE)을 이용한 비선형 적응 여파기 (non-linear filter with ISI canceller) 시스템 설계를 위한 알고리듬을 수학적으로 표현하고자한다. 또한 무선통신 전송상에서 발생하는 신호 다중경로지연 확산 현상을 고려하여 다중 안테나 시스템(dual diversity antenna)을 적용하였다. 일반적으로 채널 모델을 가우시안으로 설정하여 시스을 설계한다. 그러나 무선통신 시스템은 자연환경 또는 지역적인 작은 변화에 의해 신호의 세기가 다양하게 변조되기 때문에 일정한 패턴의 잡음 모델설정으로 한 시스템 설계는 다소 무리가 따를 것으로 본다. 본 논문에서는 좀더 현실적인 상황을 고려하여 일정한 패턴을 지니지 않는 모델(nongaussian)을 설정하여 시스템 구현에 필요한 알고리듬을 수학적으로 표현하였다. 이는 어떠한 환경에서도 적용이 가능할 것이며 다양한 분야에 응용이 될 것으로 본다. 본 논문의 내용을 간략하게 정리해보면, 비가우시안 잡음 모델이므로 수신된 표본 (observables)의 분포가 유한한 집합(mean, variance)으로 정의 될 수 없기 때문에, 대신 r-차의 표본 공간을 quantiles에 바탕을 둔 벡터 양자화 (vector quantization)를 이용하여 유한개의 같은 확률을 갖는 독립적인 영역으로 나눈다. 여기에서 이용될 알고리듬은 Robbins Monro Stochastic Approximation (RMSA)이며 이 알고리듬에 의해 추정된 quantiles와 조건부의 부분 평균치(conditional partition moments)을 이용하여 감쇄함수 (regression function)을 구분 근사화(piecewise approximation)로 변형하고 이를 바탕으로 하여 시스템의 계수를 구한다. 성능 실험을 위하여 Monte-Carlo 시뮬레이션 방법을 이용하였다. In this paper, we show how to derive non-linear minimum mean square error (MMSE) algorithm (including ISI canceller) numerically for designing an adaptive filter combined with postdetection diversity reception. Due to intersymbol interference (ISI) produced by multipath channel delay spread and irregular additive noise in mobile communication, we assume nongaussian noise as a channel model in this paper. Bacause of nongaussian noise, it is very difficult to obtain the functional form of the underlying distributions associated with the observables. Instead of trying to find a finite set of parameters, we use the sample space which is equiprobably partitioned into finite number of independent regions based on vector quantization (VQ) and quantiles which is estimated by Robbins Monro Stochastic Approximation (RMSA). We use the 6?? Chebychev filter to generate ISI components for computer simulation. Monte-Carlo simulation was used to show the performance of system suggested here.

Power-and-Bandwidth Efficient Cooperative Transmission Protocol in Wireless Sensor Networks

공형윤,최정호,정휘재,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Choi, Jeong-Ho,Jeong, Hwi-Jae 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.2

단 논문에서 먼저 LEACH (Low-Energy Adaptive Hierarchy)를 사용한 무선센서네트워크에서 하나의 센서 노드가 다른 두 센서노드의 클러스터 헤드를 향한 데이터 전송을 도와주는 전력 및 대역폭에 효율성있는 협력 통신 프로토콜을 제안하고, 제안한 프로토콜의 closed-form BER(Bit Error Ratio)을 유도한다. 또한 이것이 복호 후 전송 프로토콜의 일반적인 BER 임을 보이고, 제안한 시스템이 기존의 복호 후 전송 프로토콜보다 더 높은 주파수 효율을 가지면서 동일한 성능을 나타내는 것을 보인다. 많은 수학적인 결과를 통해 직접 전송일 경우 BER이 $10^{-3}$에서 11dB까지 네트워크의 전력이 절약되는 것을 확인할 수 있다. In this paper, we first propose a power-and-bandwidth efficient cooperative transmission protocol where a sensor node assists two others for their data transmission to a clusterhead in WSNs (Wireless Sensor Networks) using LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy). Then we derive its closed-form BER expression which Is also a general BER one for the decode-and-forward protocol (DF) and Prove that the proposed protocol performs as same as the conventional DF but obtains higher spectral efficiency. A variety of numerical results reveal the cooperation can save the network power up to 11dB over direct transmission at BER of $10^{-3}$.

Performance Analysis for Selection Decode-and-Forward Relay Networks with Differential Modulation over Rayleigh Fading Channels

공형윤,보 뉘엔 ?o 바오,Kong, Hyung-Yun,Bao, Vo Nguyen Quoc The Korean Institute of Communications and Informa 2010 韓國通信學會論文誌 Vol.35 No.1a

본 논문을 통해 i.n.d 레일리 패이딩 체널에서 서로 다른 변조/복조 기법을 사용하는 중계기들로 구성된 선택적 복호 후 재전송 네트워크의 성능평가를 보여준다. 본 논문은 i.i.d와 i.n.d 레일리 패이딩 채널 모두에서 선택적 복호 후 전송 프로토콜이 최대 다이버시티를 얻을 수 있다는 것을 보여준다. 또한 SC(selection combining)기법을 사용하는 시스템과 MRC(maximal ratio combining)기법을 사용하는 시스템의 성능을 비교하여 결합기술의 효과를 연구하였다. 높은 SNR에서 시뮬레이션 결과와 수식적 분석 결과가 정확하게 일치하는 것을 보여준다. This paper offers performance analysis of selection decode and forward (DF) networks with differential modulation/demodulation for an arbitrary number of relays in independent but not identically distributed Rayleigh fading channels. We have shown that the selection DF protocol with differential modulation can achieve full diversity in both independent identically distributed (i.i.d.) and independent but not identically distributed (i.n.d.) Rayleigh fading channels, and the performance loss due to using non-coherent detection is not substantial. Furthermore, we study the impact of combining techniques on the performance of the system by comparing a system that uses selection combining (SC) to one that uses maximum ratio combining (MRC). Simulations are performed and show that they match exactly with analytic ones in high SNR regime.

User-Cooperation and Cyclic Coding in Wireless Sensor Networks

공형윤,이동운,Khuong, Ho Van,Kong, Hyung-Yun,Lee, Dong-Un 한국정보처리학회 2006 정보처리학회논문지 C : 정보통신,정보보안 Vol.13 No.3

본 논문에서는 LEACH (Low-Energy Adaptive Hierarchy)를 사용한 무선센서네트워크에서 순환 부호를 사용하여 효율적인 사용자 협력 프로토콜을 제안한다. 제안한 시스템에서는 송수신단 간에 채널 상태 정보가 필요하지 않기 때문에 순환 부호를 부호화하는 것과 복호하는 것은 단순해지고 센서 노드의 처리 복잡도가 크게 줄어들 수 있다. 모의실험 결과를 통해서 순환 부호를 적용한 센서 네트워크는 단일 홉 전송의 비트오율 $10^{-4}$에서 네트워크 수명이 10dB까지 절약되는 것을 알 수 있었다. This paper presents an efficient user-cooperation protocol associated with cyclic coding for WSNs (Wireless Sensor Networks) using LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy). Since the proposed user-cooperation requires no CSI(Channel State Information) at both transmitter and receiver, and encoding and decoding of cyclic codes are simple, the processing complexity of sensor nodes is significantly reduced. Simulation results reveal such a combination can save the network energy up to 10dB over single-hop transmission at BER of $10^{-4}$.