KR100908004B1 - 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치 및 방법 - Google Patents

다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치 및 방법에 관한 것으로서, 하나 이상의 패킷이 수신될 시, 상기 수신된 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 패킷의 검출을 시도하는 과정과, 상기 패킷에서 에러가 검출될 시, 해당 에러 패킷을 저장하고, 상기 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개보다 작은 N개 일 시, 송신단으로 상기 에러가 검출된 N개의 패킷의 재전송을 요청하고, M-N개의 새로운 패킷의 전송을 요청하는 과정을 포함하여, 재전송 데이터 에러율을 최소화하고, 재전송 횟수를 줄이며, 나아가 전체 데이터 전송률을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
다중 송수신 시스템, MIMO, 자동 재전송 요청, ARQ, 알라무티

Description

다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATIC REPEAT REQUEST OF MULTI-ANTENNA MULTIPLE INPUT MULTIPLE OUTPUT SYSTEM}
도 1은 일반적인 2x2 MIMO 시스템의 송수신 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 송수신 장치의 구성을 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신단의 재전송 방법의 절차를 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신단의 재전송 방법의 절차를 도시한 흐름도,
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 수신단에서 이전 수신신호의 두 개의 패킷에 에러가 발생했을 시, 새로운 패킷과 상기 두 개의 에러 패킷 중 하나의 에러 패킷에 대해 재전송을 통한 신호 검출 방법의 절차를 도시한 흐름도, 및
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 수신단에서 이전 수신신호의 두 개의 패킷에 에러가 발생했을 시, 알라무티(Alamouti) 재전송을 통한 신호 검출 방법의 절차를 도시한 흐름도.
본 발명은 다중 송수신 안테나 시스템에 관한 것으로서, 특히, 자동 반복 요청 장치 및 방법에 관한 것이다.
차세대 무선 이동통신 시스템은 기존의 음성 위주 서비스를 벗어나 보다 다양한 데이터 서비스를 제공하는 것을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 고속 데이터 통신 기술의 개발이 필수적이다. 최근, 송수신기에 각각 여러 개의 안테나를 사용하는 다중 송수신 안테나(Multiple Input Multiple Output : 이하 'MIMO'라 칭함) 시스템은 송수신 안테나를 각각 하나씩만 사용하는 시스템에 비해 채널 용량 (channel capacity)의 획기적인 증가를 얻을 수 있다는 연구 결과들이 발표된 바 있다. 이러한 MIMO 시스템의 이론적인 채널 용량 증가 이득을 실현하기 위해 다양한 방식이 제안되었으며, 상기 제안된 방식에는 크게 공간 다중화 기법(Spatial Multiplexing)과 시공간 부호 기법(Space-Time Codes)이 있다.
상기 공간 다중화 기법은 서로 다른 송신 안테나에 서로 다른 데이터를 동시에 전송함으로써 추가적인 시스템 대역폭 없이 시스템 용량을 증대시킬 수 있는 기법으로, 대표적인 예로는 V-BLAST(Vertical-Bell Laboratory Layered Space-Time) 방식이 있다. 또한, 상기 시공간 부호 기법은 데이터 스트림에 적절한 부호를 부가 하여 여러 시간 구간과 안테나에 퍼뜨려 전송함으로써 다이버시티(diversity) 및 부호 이득(coding gain)을 동시에 얻는 기법으로, 대표적인 예로는 시공간 블록 부호(space-time block codes)가 있다.
2x2 MIMO 시스템은 2개의 송신 안테나에서 보내는 신호를 수신단에서 잘 분리하여 받음으로써 하나의 시간 구간에 2개의 데이터 스트림을 수신할 수 있다. 또한, 알라무티(Alamouti) 부호를 사용하여 두 시간 구간에 2개의 데이터 스트림을 2개의 안테나에 퍼트려 전송함으로써 다이버시티(diversity) 이득을 얻을 수 있고 데이터의 에러율을 낮출 수 있다.
도 1은 일반적인 2x2 MIMO 시스템의 송수신 개념도이다.
상기 도 1을 참조하면, 2개의 송신 안테나들(101-1, 101-2)을 가지는 송신기와 2개의 수신 안테나들(103-1, 103-2)을 가지는 수신기 사이에 2x2개의 부채널들이 형성되어 있다. 여기서,
Figure 112006013534387-pat00001
는 시간 t에 송신 안테나 i에게 보내진 패킷 신호이고,
Figure 112006013534387-pat00002
는 상기 시간 t에 수신 안테나 j에서의 수신 신호이다.
Figure 112006013534387-pat00003
는 상기 시간 t에 수신 안테나 j에서의 백색잡음이고,
Figure 112006013534387-pat00004
는 상기 시간 t에서 각각의 디코딩부(105-1, 105-2)를 통해 상기
Figure 112006013534387-pat00005
가 복호된 신호를 나타낸다. 상기 부채널들은 각각 고유한 채널 응답 특성 hji를 가지며, 상기 특성은 상기 송신 안테나 i에서 상기 수신 안테나 j로의 채널 계수로서 채널 특성 행 렬 H로 나타내어진다. 상기 2x2 MIMO 시스템의 경우, 상기 채널 특성 행렬 H는
Figure 112006013534387-pat00006
이고, 상기
Figure 112006013534387-pat00007
은 H1로 나타낼 수 있으며, 상기
Figure 112006013534387-pat00008
는 H2로 나타낼 수 있다. 상기 시스템의 송수신 관계식은
Figure 112006013534387-pat00009
이며, 상기
Figure 112006013534387-pat00010
는
Figure 112006013534387-pat00011
이고, 상기
Figure 112006013534387-pat00012
는
Figure 112006013534387-pat00013
이며, 상기
Figure 112006013534387-pat00014
는
Figure 112006013534387-pat00015
이다.
한편, 자동 반복 요청(Automatic Repeat Request : 이하 'ARQ'라 칭함)은 통신 시스템에서 수신된 데이터에 에러가 있을 경우 송신단에서 해당 데이터를 재전송하는 방법을 말한다. 특히, 상기 ARQ와 부호화 기술을 결합한 하이브리드 ARQ(Hybrid ARQ : 이하 'HARQ'라 칭함)는 적절한 부호화 방법을 통해 이전 시간 구간에서 에러로 판명되어 보관하고 있는 데이터와 재전송한 데이터를 병합(combining)하는 방법으로, 상기 데이터 재전송의 횟수를 줄이고 데이터 수신 확률을 높일 수 있는 이점이 있다. 여기서, 각 패킷은 상기 에러 판명을 위해 순환 잉여 검사(Cyclic Redundancy Check : 이하 'CRC'라 칭함) 코드를 사용하여 전송된다.
상기 CRC는 일정 크기의 데이터 프레임의 신뢰성을 높이기 위해 프레임 검사 순서(Frame Check Sequence : 이하 'FCS'라 칭함)라는 여분의 에러검출 비트를 원래 데이터 비트에 부가하여 보내는 방식을 사용한다. 상기 FCS의 생성과 에러검출 과정은 하나의 다항 연산 회로를 이용하여 이루어지며, 구현이 용이하고 에러검출 능력이 뛰어나며 오버헤드가 작아서 많이 사용되고 있다. 예를 들어, 하나의 프레임에 보낼 메시지 비트 1010001101의 FCS를 구하기 위해 p(x) = x5 + x4 + x2 + 1의 다항 연산 회로를 거치면, 1110의 FCS가 생성되며, 상기 생성된 FCS를 원래 메시지 비트에 부가하여 101000110101110을 채널로 송신할 수 있다. 여기서, 상기 메시지 비트를 수신할 시에도 같은 p(x) 다항 연산 회로를 통해 에러 여부를 판단한다.
상기 기존의 ARQ 방법은 단일 송수신 안테나 시스템(Single Input Single Output : 이하 'SISO'이라 칭함)을 위한 ARQ 방법으로서, 상기 SISO의 송신단에서 하나의 데이터 스트림을 전송하기 때문에 수신단에서는 받은 패킷의 에러검출 비트를 보고 에러 여부를 판단하며, 에러가 발생할 경우, 역채널로 상기 송신단에 ACK/NACK 신호를 전송할 수 있다. 다시 말해, 에러가 발생하지 않은 경우에는 ACK 신호를 전송하고, 에러가 발생한 경우에는 NACK 신호를 전송할 수 있다. 이로써, 상기 신호를 수신한 송신단은 ACK을 받은 경우 새로운 패킷을 전송하고, NACK을 받은 경우 해당 패킷을 재전송할 수 있다.
여기서, 상기 기존 SISO 시스템에서의 ARQ 방법을 상기 MIMO 시스템에 적용할 경우, 전송 경로가 증가하여 이에 따른 운용 방법의 수도 늘어나게 된다. 또한, 동시에 2개 이상의 데이터 스트림을 전송할 수 있고, 수신 에러는 2개 모두에 대해 서 또는 상기 2개 중 하나에 대해서 발생할 수 있다. 따라서, 상기 기존 SISO 시스템에서의 ARQ 방법을 상기 MIMO 시스템에 적용하기 위해서는 적절한 ARQ 운용 방법을 통해 재전송 데이터 에러율을 최소화하고, 재전송 횟수를 줄일 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 2개 이상의 M개의 부호화 패킷을 동시에 보내는 다중 송수신 안테나 시스템의 수신단에서 자동 반복 요청 방법은, 하나 이상의 패킷이 수신될 시, 상기 수신된 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 패킷의 검출을 시도하는 과정과, 상기 패킷에서 에러가 검출될 시, 해당 에러 패킷을 저장하고, 상기 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개보다 작은 N개 일 시, 송신단으로 상기 에러가 검출된 N개의 패킷의 재전송을 요청하고, M-N개의 새로운 패킷의 전송을 요청하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 2개 이상의 M개의 부호화 패킷을 동시에 보내는 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치는, 하나 이상의 패킷이 수신될 시, 상기 수신된 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 패킷의 검출을 시도하며, 상기 패킷에서 에러가 검출될 시, 해당 에러 패킷을 저장하며, 상기 에러가 검출된 패킷의 수와 재전송할 안테나를 고려하여 해당 에러 패킷의 재전송을 요청하는 수신단과, 상기 수신단으로부터 재전송 요청이 수신될 시, 상기 요청에 따라 재전송 패킷을 전송하는 송신단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따르면, 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청을 위한 수신 장치는, 하나 이상의 패킷이 수신될 시, 상기 수신된 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 패킷의 검출을 시도하는 수단과, 상기 패킷에서 에러가 검출될 시, 해당 에러 패킷을 저장하고, 상기 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개보다 작은 N개 일 시, 송신단으로 상기 에러가 검출된 N개의 패킷의 재전송을 요청하고, M-N개의 새로운 패킷의 전송을 요청하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명은 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치 및 방법에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 상기 다중 송수신 안테나 시스템은 M×N MIMO 시스템에서 모두 적용될 수 있으나 본 발명에 따른 설명에서는 2×2 MIMO 시스템을 예로 들어 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 안테나 시스템에서 송수신 장치의 구성을 도시한 블럭도이다. 상기 송수신 장치는 채널 부호화부(201), 공간 다중화부(203), 제 1, 2 심볼 매핑부(205-1, 205-2), 신호 병합 및 간섭 제거부(207), 검출부(209)를 포함하여 구성된다.
상기 도 2를 참조하면, 상기 채널 부호화부(201)는 부호화된 비트들을 제공하기 위해서 하나 또는 그 이상의 부호화 방식들에 기반하여 트래픽 데이터(즉, 정보 비트들)을 수신 및 부호화하고, 상기 부호화된 데이터를 상기 공간 다중화부(203)로 출력한다. 여기서, 상기 채널 부호화부(201)는 상기 검출부(209)로부터 역 채널을 통해 ACK/NACK 신호를 수신하고, 이에 따라 새로운 패킷을 부호화하여 전송하거나 이전 시간 구간에서 전송한 패킷을 부호화하여 재전송한다. 또한, 상기 채널 부호화부(201)는 상기 ACK/NACK 비트에 더하여 어느 스트림에서 에러가 발생하였는지를 알려주는 스트림 구분 비트를 수신하고, 이에 따라 해당 스트림을 부호화하여 재전송할 수도 있다. 상기 부호화 방식은 데이터 송신의 신뢰성을 증가시킨다. 여기서, 상기 부호화 방식은 수신측으로부터 수신되는 피드백 정보에 기초하여 선택될 수 있다. 여기서, 상기 부호화 방식은 순방향 에러 검출(FED) 코드들(예컨대, 순환 중복 검사(CRC) 코드)과 순방향 에러 정정(FEC) 코드들(예컨대, 컨볼루셔널 코드, 터보 코드, 블록 코드 등)의 임의의 결합을 포함할 수 있다.
상기 공간 다중화부(203)는 각각의 송신 안테나들에 대응하는 복수의 심볼 매핑부(205-1, 205-2)로 상기 부호화된 데이터를 분배한다. 상기 제 1, 2 심볼 매핑부(205-1, 205-2)는 입력되는 데이터들을 QPSK, 8PSK(Phase Shifting Keying), 16QAM(Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM 등의 하나 이상의 변조 방식들에 따라 매핑하여 변조 심볼을 생성하고, 상기 변조심볼을 해당 송신 안테나를 통해 전송한다.
상기 신호 병합 및 간섭 제거부(207)는 적절한 부호화 방법을 통해 이전 시간 구간에서 에러로 판명되어 보관하고 있는 데이터와 재전송한 데이터를 병합(combining)하고, 안테나에 따라 위치가 정해진 파일럿 신호를 이용하여 특정 안테나에서 보내진 신호를 구분함으로써, 즉 간섭을 제거한다.
상기 검출부(209)는 입력 신호에 대한 검출을 시도하고, 상기 검출의 성공 여부에 따라 상기 채널 부호화부(201)로 역 채널을 통해 ACK/NACK 신호를 전송함으로써 새로운 패킷의 전송 혹은 에러 패킷의 재전송을 요청한다. 다시 말해, 에러가 발생하지 않은 경우에는 ACK 신호를 전송하고, 에러가 발생한 경우에는 NACK 신호를 전송한다. 또한, 상기 ACK/NACK 비트에 더하여 어느 스트림에서 에러가 발생하였는지를 알려주는 스트림 구분 비트를 피드백한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 수신단의 재전송 방법의 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 3을 참조하면, 수신단은 301단계에서 복수의 송신 안테나, 예를 들어 2개의 송신 안테나로부터 수신된 복수개의 패킷, 예를 들어 2개의 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 패킷들의 에러 검출 비트를 이용하여 상기 2개의 패킷에 대해 검출을 시도한 후, 303단계로 진행하여 상기 2개의 패킷이 모두 정상적으로 검출되었는지 검사한다.
상기 303단계에서 상기 2개의 패킷이 모두 정상적으로 검출되었을 시, 상기 수신단은 305단계로 진행하여 역 채널로 송신단에 ACK 신호를 보냄으로써 새로운 2개의 패킷의 전송을 요청한다.
상기 303단계에서 상기 2개의 패킷이 모두 정상적으로 검출되지 않았을 시, 상기 수신단은 307단계에서 상기 2개의 수신 패킷 모두에서 에러가 검출되는지 검사한다. 상기 2개의 수신 패킷 모두에서 에러가 검출되지 않을 시, 상기 수신단은 하나의 패킷에 에러가 있음을 판단하고, 315단계로 진행하여 해당 에러 패킷을 저장하고, 역 채널로 송신단에 해당 에러 패킷에 대한 NACK 비트와 함께 재전송할 안테나 인덱스를 피드백함으로써 새로운 하나의 패킷과 상기 에러 패킷의 재전송을 요청한다.
상기 2개의 수신 패킷 모두에서 에러가 검출될 시, 상기 수신단은 309단계에서 재전송 요청 방법을 선택한다. 여기서, 상기 재전송 요청 방법에는 알라무티 재전송 방법과 하나의 패킷만 재전송하는 방법이 있다. 이후, 상기 수신단은 311단계에서 상기 선택된 재전송 요청 방법이 알라무티 재전송 방법인지 검사한다. 상기 선택된 재전송 요청 방법이 상기 알라무티 재전송 방법일 시, 상기 수신단은 313단계로 진행하여 상기 2개의 에러 패킷을 저장하고, 역 채널로 송신단에 NACK 비트와 함께 재전송할 안테나 인덱스를 피드백함으로써 해당 패킷들의 알라무티 재전송을 요청한다. 또한, 상기 선택된 재전송 요청 방법이 상기 알라무티 재전송 방법이 아닐 시, 상기 수신단은 315단계로 진행하여 상기 2개의 에러 패킷을 저장하고, 역 채널로 송신단에 상기 2개의 에러 패킷 중 하나의 패킷에 대한 NACK 비트와 함께 재전송할 안테나 인덱스를 피드백함으로써 새로운 하나의 패킷과 상기 하나의 패킷의 재전송을 요청한다. 이후, 상기 수신단은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템에서 송신단의 재전송 방법의 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 4를 참조하면, 송신단은 401단계에서 수신단으로 패킷을 전송하고, 403단계로 진행하여 상기 수신단으로부터 재전송 요청이 수신되는지 여부를 검사한다. 즉, 역 채널을 통해 NACK 비트와 재전송할 안테나 인덱스가 수신되는지 검사한다. 상기 수신단으로부터 재전송 요청이 수신되지 않을 시, 즉 상기 역 채널을 통해 ACK 비트가 수신될 시, 상기 송신단은 409단계로 진행하여 새로운 패킷을 수신단으로 전송한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
상기 수신단으로부터 재전송 요청이 수신될 시, 상기 송신단은 상기 재전송 요청을 통해 이전 시간 구간에 전송한 패킷 중 어느 패킷에 에러가 발생하였는지를 확인하고, 405단계에서 상기 재전송 요청이 하나의 에러 패킷에 대한 재전송 요청인지 검사한다. 상기 재전송 요청이 하나의 에러 패킷에 대한 재전송 요청일 시, 상기 송신단은 407단계로 진행하여 새로운 패킷과 해당 에러 패킷을 재전송하고, 상기 재전송 요청이 하나의 에러 패킷에 대한 재전송 요청이 아닐 시, 즉 알라무티 재전송 요청일 시, 상기 송신단은 411단계로 진행하여 알라무티 패킷을 재전송한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 수신단에서 이전 수신신호의 두 개의 패킷에 에러가 발생했을 시, 새로운 패킷과 상기 두 개의 에러 패킷 중 하나의 에러 패킷에 대해 재전송을 통한 신호 검출 방법의 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 5를 참조하면, 수신단은 501단계에서 새로운 패킷과 이전 시간 구간에서 검출 실패한 에러 패킷 중 하나의 패킷에 대한 재전송 패킷을 수신하고, 503단계에서 상기 수신된 패킷과 상기 이전 시간 구간에서 수신한 패킷을 병합한 후 검출을 시도한다.
예를 들어, 이전 시간 구간에 수신된 패킷
Figure 112007032170846-pat00016
에 모두 에러가 발생한 경우, 상기 다음 시간 구간에 수신되는 패킷은 안테나 선택에 따라
Figure 112007032170846-pat00017
혹은
Figure 112007032170846-pat00018
혹은
Figure 112007032170846-pat00019
혹은
Figure 112007032170846-pat00020
가 될 수 있다. 여기서, 상기 다음 시간 구간에 수신된 패킷이
Figure 112007032170846-pat00021
인 경우, 즉 안테나 1을 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00022
가 재전송되고, 안테나 2를 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00023
가 전송되는 경우, 상기 이전 시간 구간에 수신된 패킷과 상기 다음 시간 구간에 수신된 패킷을 하기 <수학식 1>과 같이 병합함으로써, 상기 이전 시간 구간에 수신한 2개의 패킷과 새로 전송되는 패킷의 검출을 시도할 수 있다.
Figure 112006013534387-pat00024
여기서, 상기
Figure 112007032170846-pat00026
는 채널 ARQ
Figure 112007032170846-pat00067
라 칭하기로 한다. 여기서, 상기 재전송된
Figure 112007032170846-pat00027
의 경우, 상기 병합 효과에 의해 높은 확률로 검출이 성공할 수 있다. 또한, 상기 재전송 패킷이
Figure 112007032170846-pat00028
인 경우, 상기 채널 ARQ는
Figure 112007032170846-pat00029
이고, 상기 재전송 패킷이
Figure 112007032170846-pat00030
인 경우, 상기 채널 ARQ는
Figure 112007032170846-pat00031
이며, 상기 재전송 패킷이
Figure 112007032170846-pat00032
인 경우, 상기 채널 ARQ는
Figure 112007032170846-pat00033
이 된다.
이후, 상기 수신단은 505단계에서 상기 3개의 패킷 중 하나의 패킷에 대한 검출만 성공하였는지 검사한다. 즉, 나머지 두 개의 패킷에 대해서는 에러가 발생하였는지 검사한다. 상기 3개의 패킷 중 하나의 패킷에 대한 검출만 성공할 시, 상기 수신단은 507단계로 진행하여 상기 병합된 패킷에서 해당 패킷의 기여분을 제거한다.
예를 들어, 상기 예에서 상기 3개의 패킷
Figure 112007032170846-pat00034
중
Figure 112007032170846-pat00035
가 정확히 검출되었다면, 하기 <수학식 2>와 같이, 상기 <수학식 1>에서 상기
Figure 112007032170846-pat00036
의 기여분을 제거한다.
Figure 112006013534387-pat00037
이후, 상기 수신단은 509단계로 진행하여 상기 나머지 두 개의 에러 패킷을 메모리에 저장하고, 상기 두개의 에러 패킷에 대한 재전송을 송신단으로 요청한다. 이후, 상기 수신단은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
상기 505단계에서 상기 3개의 패킷 중 하나의 패킷에 대한 검출만 성공한 것이 아닐 시, 상기 수신단은 511단계에서 상기 3개의 패킷 중 두 개의 패킷에 대한 검출만 성공하였는지 검사한다. 즉, 나머지 하나의 패킷에 대해서는 에러가 발생하였는지 검사한다. 상기 3개의 패킷 중 두 개의 패킷에 대한 검출만 성공할 시, 상기 수신단은 513단계로 진행하여 상기 병합된 패킷에서 해당 패킷의 기여분을 제거하고, 515단계로 진행하여 나머지 하나의 패킷에 대한 검출을 시도한다.
이후, 상기 수신단은 517단계에서 상기 하나의 패킷에 대해 검출이 성공하였는지 검사한다. 상기 하나의 패킷에 대한 검출이 성공할 시, 상기 수신단은 521단계에서 상기 송신단으로 새로운 패킷의 전송을 요청한다. 상기 하나의 패킷에 대한 검출이 실패할 시, 상기 수신단은 519단계에서 상기 에러 패킷을 메모리에 저장하고, 상기 송신단으로 새로운 패킷과 상기 에러 패킷의 재전송을 요청한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
511단계에서 상기 3개의 패킷 중 하나 또는 두 개의 패킷에 대한 검출만 성공한 것이 아닐 시, 상기 수신단은 523단계에서 모든 패킷에 대해 검출이 성공하였는지 검사한다. 여기서, 상기 수신단은 모든 패킷에 대해 검출이 성공하였을 수도 있고, 모든 패킷에 대해 검출이 실패하였을 수도 있다. 상기 모든 패킷에 대한 검출이 성공하였을 시, 상기 수신단은 539단계로 진행하여 상기 송신단으로 새로운 패킷의 전송을 요청한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
상기 523단계에서 상기 모든 패킷에 대한 검출이 성공하지 않았을 시, 상기 수신단은 모든 패킷에 대한 검출이 실패한 것으로 판단하고, 525단계로 진행하여 상기 에러 패킷을 메모리에 저장한 후, 상기 에러 패킷들의 순서를 다르게 배열함으로써 치환하고, 상기 송신단으로 상기 치환된 패킷 중 두 개의 패킷에 대한 재전송을 요청한다.
이후, 상기 수신단은 527단계에서 상기 요청한 두 개의 패킷에 대한 재전송 패킷이 수신되는지 검사하고, 상기 재전송 패킷이 수신될 시, 529단계로 진행하여 상기 재전송 패킷의 검출을 시도한다. 이후, 상기 수신단은 531단계에서 상기 재전송된 모든 패킷의 검출이 성공하였는지 검사한다. 상기 재전송된 모든 패킷의 검출이 성공할 시, 상기 수신단은 533단계에서 상기 검출이 성공한 모든 패킷을 상기 치환 전 에러 패킷에 적용하고, 상기 513단계로 돌아가 상기 병합된 패킷에서 해당 패킷의 기여분을 제거한다. 상기 재전송된 모든 패킷의 검출이 성공하지는 않았을 시, 상기 수신단은 535단계에서 하나의 패킷의 검출만이 성공하였는지 검사한다. 상기 하나의 패킷의 검출만이 성공하였을 시, 상기 수신단은 537단계에서 상기 검출이 성공한 패킷을 상기 치환 전 에러 패킷에 적용하고, 상기 507단계로 돌아가 상기 병합된 패킷에서 해당 패킷의 기여분을 제거한다. 상기 535단계에서 하나의 패킷의 검출도 성공하지 않았을 시, 상기 수신단은 모든 패킷에 대한 검출이 실패한 것으로 판단하고, 상기 525단계로 돌아가 상기 에러 패킷을 저장한 후, 상기 에러 패킷들의 순서를 다르게 배열함으로써 치환하고, 상기 송신단으로 상기 치환된 패킷 중 두 개의 패킷에 대한 재전송을 요청한다. 이후, 상기 수신단은 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 수신단에서 이 전 수신신호의 두 개의 패킷에 에러가 발생했을 시, 알라무티(Alamouti) 재전송을 통한 신호 검출 방법의 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 6을 참조하면, 수신단은 601단계에서 송신단으로부터 알라무티 부호화 패킷을 수신하고, 603단계로 진행하여 상기 수신된 알라무티 부호화 패킷과 이전 시간 구간에서 수신한 패킷을 병합한 후, 상기 병합된 패킷의 검출을 시도한다.
예를 들어, 이전 시간 구간에 수신한 패킷
Figure 112007032170846-pat00038
의 검출에 모두 에러가 발생한 경우, 상기 수신된 알라무티 부호화 패킷은
Figure 112007032170846-pat00039
가 될 수 있다. 이때, 상기 이전 시간 구간에 수신한 패킷과 상기 알라무티 부호화 패킷을 하기 <수학식 3>과 같이 병합함으로써, 상기 에러가 발생한 패킷을 검출할 수 있다.
Figure 112006013534387-pat00040
여기서, 채널 ARQ
Figure 112006013534387-pat00041
는
Figure 112006013534387-pat00042
이다.
이후, 상기 수신단은 605단계에서 모든 패킷에 대한 검출이 성공하였는지 검사한다. 상기 모든 패킷에 대한 검출이 성공하였을 시, 상기 수신단은 607단계로 진행하여 새로운 패킷의 전송을 요청한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
상기 모든 패킷에 대한 검출이 성공하지는 않았을 시, 상기 수신단은 609단계에서 하나의 패킷에 대한 검출만이 성공하였는지 검사한다. 상기 하나의 패킷에 대한 검출만이 성공하였을 시, 상기 수신단은 611단계로 진행하여 에러 패킷을 메모리에 저장하고, 송신단으로 새로운 패킷과 상기 에러 패킷의 재전송을 요청한다. 상기 하나의 패킷에 대한 검출도 성공하지 않았을 시, 즉, 모든 패킷에 대한 검출이 실패하였을 시, 상기 수신단은 613단계로 진행하여 상기 모든 에러 패킷을 메모리에 저장하고, 상기 송신단으로 알라무티 재전송을 요청한 후, 본 발명에 따른 알고리즘을 종료한다.
한편, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 다중 안테나 시스템의 수신단에서 하나의 패킷에 에러가 발생하였을 시, 상기 에러 패킷의 재전송을 통한 신호 검출 방법을 살펴보면, 상기 601단계에서 상기 알라무티 부호화 패킷이 아닌 새로운 패킷과 상기 에러 패킷에 대한 재전송 패킷을 수신하고, 상기 603단계로 진행하여 이전 수신 신호 중 상기 에러 패킷패킷과 상기 재전송된 병합하여 해당 패킷에 대한 검출을 시도한다.
예를 들어, 이전 시간 구간에 수신한 패킷
Figure 112007032170846-pat00043
중
Figure 112007032170846-pat00044
만이 검출에 성공한 경우, 상기 재전송 패킷은 안테나 선택에 따라
Figure 112007032170846-pat00045
혹은
Figure 112007032170846-pat00046
가 될 수 있다. 즉, 안테나 1을 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00047
를 재전송하고, 안테나 2를 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00048
을 전송하거나 혹은 상기 안테나 1을 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00049
을 전송하고, 상기 안테나 2를 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00050
을 전송할 수 있다. 이때, 상기 이전 시간 구간에 수신한 패킷과 상기 재전송 패킷을 하기 <수학식 4> 및 <수학식 5>와 같이 병합함으로써, 해당 에러 패킷을 검출할 수 있다.
Figure 112006013534387-pat00051
여기서, 상기 <수학식 4>는 상기 안테나 1을 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00052
를 재전송하고, 상기 안테나 2를 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00053
을 전송하는 경우의 패킷 검출을 위한 식이다. 여기서, 채널 ARQ
Figure 112007032170846-pat00054
는
Figure 112007032170846-pat00055
이다.
Figure 112006013534387-pat00056
여기서, 상기 <수학식 5>는 상기 안테나 1을 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00057
을 전송하고, 상기 안테나 2를 통해 상기
Figure 112007032170846-pat00058
을 전송하는 경우의 패킷 검출을 위한 식이다. 여기서, 채널 ARQ
Figure 112007032170846-pat00059
는
Figure 112007032170846-pat00060
이다.
여기서, 상기 안테나 선택에 따른 재전송 신호의 전송 방법에는 여러가지가 발생할 수 있으며, 상기 수신단은 소정 기준에 따라 전송 경로를 선택하여 재전송을 요청할 수 있다. 상기 선택을 위한 재전송의 기준으로 단순 전환 방식(blind switching), 채널 상태 지시자(channel state indicator : 이하 'CSI'라 칭함) 기반 안테나 선택 방식, 무기억(memory-less) 안테나 선택 방식을 제안한다.
상기 단순 전환 방식은, 둘 중 하나의 패킷 에러가 발생하였을 경우, 이전 시간 구간에서 상기 패킷이 안테나 i를 통해 전송된 패킷이면, 다른 안테나 j(i≠j)로 재전송을 요청하고, 두 패킷이 모두 에러가 발생하였을 경우, 알라무티 재전송을 요청하는 방식이다.
상기 CSI 기반 안테나 선택 방식은, 왜곡된 송신 신호를 복원하는 수신 등화 기(equalizer) 성능에 따라 재전송 기준을 정한다. 다시 말해, 특정 패킷의 에러 확률에 따라 해당 패킷의 추정 에러 확률을 계산하고, 가장 좋은 성능의 경로로 최우선 재전송 패킷을 보낼 경우, 두 스트림의 평균 에러 분산을 최소화하는 방법 혹은 두 스트림 중 최소 에러 분산을 최소화하는 방법 혹은 두 스트림 중 최대 에러 분산을 최소화하는 방법을 통해 상기 최우선 재전송 패킷을 전송할 수 있다.
상기 무기억 안테나 선택 방식은 SNR(Signal to Noise Ratio)이나 CSI에 따라 최우선 재전송 패킷을 가장 채널 환경이 좋은 경로로 전송하거나 혹은 최우선 재전송 패킷을 가장 채널 환경이 나쁜 경로로 전송하는 방법이다. 상기 최우선 재전송 패킷을 가장 채널 환경이 나쁜 경로로 전송하는 경우, 상기 재전송 패킷의 검출 확률이 소폭 증가할 수 있고, 다른 경로로 보낸 패킷은 높은 확률로 검출할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 다중 송수신 안테나 시스템에서 수신 신호에 검출 에러가 발생하였을 시, 상기 검출 에러가 발생한 데이터 흐름의 수, 재전송할 안테나의 선택에 따라 해당 에러 패킷의 재전송을 요청하는 자동 반복 요청 장치 및 방법을 제공함으로써, 재전송 데이터 에러율을 최소화하고, 재전송 횟수를 줄이며, 나아가 전체 데이터 전송률을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (20)

  1. 2개 이상의 M개의 부호화 패킷을 동시에 보내는 다중 송수신 안테나 시스템의 수신단에서 자동 반복 요청 방법에 있어서,
    하나 이상의 패킷이 수신될 시, 상기 수신된 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 패킷의 검출을 시도하는 과정과,
    상기 패킷에서 에러가 검출될 시, 해당 에러 패킷을 저장하고, 상기 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개보다 작은 N개 일 시, 송신단으로 상기 에러가 검출된 N개의 패킷의 재전송을 요청하고, M-N개의 새로운 패킷의 전송을 요청하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 에러가 검출된 N개의 패킷의 재전송은 N개의 재전송 안테나를 통해 재전송할 것을 요청하고, M-N개의 새로운 패킷의 전송은 나머지 안테나를 통해 전송할 것을 요청하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개와 같은 경우, 상기 에러가 검출된 M개의 패킷을 시공간 부호화하여 재전송하도록 요청하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 시공간 부호화는 알라무티 부호화임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개와 같은 경우, 상기 M개보다 작은 일정 개수의 재전송 안테나를 선택한 후, 상기 선택한 재전송 안테나를 통해 상기 에러가 검출된 패킷 중 상기 선택한 재전송 안테나 수만큼의 패킷을 재전송할 것을 요청하고, 나머지 안테나를 통해 새로운 패킷을 전송할 것을 요청하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 새로운 패킷과 재전송된 패킷을 수신하고, 상기 수신된 패킷들을 상기 저장된 에러가 검출된 패킷과 병합하여 병합된 패킷의 검출을 시도하는 과정과,
    상기 병합된 패킷 중 검출에 성공한 패킷이 있을 시, 해당 패킷의 기여분을 상기 병합된 패킷에서 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 병합된 패킷 중 검출에 성공한 패킷이 없을 시, 해당 에러 패킷을 저장하고, 해당 에러 패킷을 치환한 후, 상기 치환된 패킷 중 일부 패킷의 재전송을 요청하는 과정과,
    재전송된 패킷을 수신하고, 상기 재전송된 패킷의 검출을 시도하는 과정과,
    상기 재전송된 패킷의 검출이 성공하였을 시, 상기 재전송된 패킷을 치환 전 에러 패킷에 적용한 후, 해당 패킷의 기여분을 상기 병합된 패킷에서 제거하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 기여분이 제거된 나머지 패킷의 검출을 시도하는 과정과,
    상기 나머지 패킷의 검출이 성공하였을 시, 새로운 패킷의 전송을 요청하고, 상기 나머지 패킷의 검출이 실패하였을 시, 해당 에러 패킷을 저장하고, 해당 에러 패킷의 재전송과 새로운 패킷의 전송을 요청하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 병합된 패킷 중 검출에 성공한 패킷의 수가 하나일 시, 나머지 패킷을 저장하고, 상기 나머지 패킷의 재전송을 요청하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    재전송된 패킷을 수신하고, 상기 수신된 패킷을 상기 저장된 에러가 검출된 패킷과 병합하여 병합된 패킷의 검출을 시도하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 병합된 패킷에서 에러가 검출될 시, 해당 에러 패킷을 저장하고, 상기 병합된 패킷 중 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개보다 작은 N개 일 시, 상기 에러가 검출된 N개의 패킷의 재전송을 요청하고, M-N개의 새로운 패킷의 전송을 요청하는 과정과,
    상기 병합된 패킷 중 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개와 같은 경우, 상기 에러가 검출된 M개의 패킷을 시공간 부호화하여 재전송하도록 요청하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 삭제
  13. 2개 이상의 M개의 부호화 패킷을 동시에 보내는 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치에 있어서,
    하나 이상의 패킷이 수신될 시, 상기 수신된 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 패킷의 검출을 시도하며, 상기 패킷에서 에러가 검출될 시, 해당 에러 패킷을 저장하며, 상기 에러가 검출된 패킷의 수와 재전송할 안테나를 고려하여 해당 에러 패킷의 재전송을 요청하는 수신단과,
    상기 수신단으로부터 재전송 요청이 수신될 시, 상기 요청에 따라 재전송 패킷을 전송하는 송신단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 수신단은
    상기 재전송 패킷이 수신될 시, 상기 수신된 재전송 패킷을 상기 저장된 에러가 검출된 패킷과 병합하여 병합된 패킷의 검출을 시도하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 수신단은
    상기 병합된 패킷 중 검출에 성공한 패킷이 있을 시, 해당 패킷의 기여분을 상기 병합된 패킷에서 제거하고, 상기 기여분이 제거된 나머지 패킷의 검출을 시도하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청을 위한 수신 장치에 있어서,
    하나 이상의 패킷이 수신될 시, 상기 수신된 패킷을 디코딩하고, 상기 디코딩된 패킷의 검출을 시도하는 수단과,
    상기 패킷에서 에러가 검출될 시, 해당 에러 패킷을 저장하고, 상기 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개보다 작은 N개 일 시, 송신단으로 상기 에러가 검출된 N개의 패킷의 재전송을 요청하고, M-N개의 새로운 패킷의 전송을 요청하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 에러가 검출된 N개의 패킷의 재전송은 N개의 재전송 안테나를 통해 재전송할 것을 요청하고, M-N개의 새로운 패킷의 전송은 나머지 안테나를 통해 전송할 것을 요청하는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개와 같은 경우, 상기 에러가 검출된 M개의 패킷을 시공간 부호화하여 재전송하도록 요청하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 시공간 부호화는 알라무티 부호화임을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 에러가 검출된 패킷의 수가 총 전송 패킷의 수 M개와 같은 경우, 상기 M개보다 작은 일정 개수의 재전송 안테나를 선택한 후, 상기 선택한 재전송 안테나를 통해 상기 에러가 검출된 패킷 중 상기 선택한 재전송 안테나 수만큼의 패킷을 재전송할 것을 요청하고, 나머지 안테나를 통해 새로운 패킷을 전송할 것을 요청하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020060018022A 2006-02-24 2006-02-24 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치 및 방법 KR100908004B1 (ko)

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KR1020060018022A KR100908004B1 (ko) 2006-02-24 2006-02-24 다중 송수신 안테나 시스템의 자동 반복 요청 장치 및 방법
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