KR102053333B1 - 무선 통신 시스템에서 개선된 네트워크 코딩 방법 및 장치 - Google Patents

무선 통신 시스템에서 개선된 네트워크 코딩 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 네트워크 코딩을 수행하는 방법에 있어서, 업링크 패킷들을 수신하면, 상기 업링크 패킷들이 수신된 링크들로부터 획득한 채널 품질 정보들을 이용하여 해당 링크들을 그룹핑하는 과정과, 각 그룹 별로 네트워크 코딩을 수행하고, 해당 그룹을 구성하는 링크들이 공유하는 스케쥴링 정보를 대응하는 그룹별 링크들에게 전송하는 과정을 포함한다.

Description

무선 통신 시스템에서 개선된 네트워크 코딩 방법 및 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVED PERFORMING NETWORK CODING}
본 발명은 무선 통신 시스템에서 개선된 네트워크 코딩(NC: Network Coding)을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 다수의 노드들로 구성된 멀티 홉 기반 통신 시스템에서 사용하는 루팅(routing) 방식은 각각의 네트워크 노드(network node)들이 전송받은 데이터(data)를 단순히 저장 후 전송 (store-and-forward)한다. 그리고, 무선 통신 시스템에서 데이터의 유니캐스트/멀티캐스트(data unicast/multicast)시 처리량 증가 및 전력 소비를 감소시키기 위해서 기존의 루팅 기법을 일반화하는 네트워크 코딩(NC: Network Coding) 방식이 제안되었다. 구체적으로, 각 노드 별로 네트워크 코딩이 적용될 경우, 각 노드는 이전 노드를 통해서 수신한 데이터에 대해, 배타적 논리합(XOR: Exclusive or), 추가(addition), 곱(multiplication)들 중 하나를 수행하여 목적지 노드로 출력할 NC된 패킷을 생성한다.
도 1은 일반적인 멀티홉 기반 무선 통신 시스템에서 사용되는 NC의 일 예를 도시한 도면이다. 여기서, 멀티홉 기반 무선 통신 시스템은 셀룰라 네트워크(Cellular network) 및 D2D(Device to Device) 등을 포함한다. 따라서, 상기 릴레이(100)는 소스 노드(source)와 목적지 노드 사이에 위치하는 노드이다.
도 1을 참조하면, 일 예로, 릴레이(100)는 패킷 a,b를 수신하고, 상기 패킷 a,b에 대해 XOR를 이용한 NC를 수행하여 NC된 패킷 즉,
Figure 112013009489839-pat00001
를 목적지 노드로 출력한다.
도 2a는 릴레이가 서로 다른 채널 품질을 가지는 다수의 링크(link)들에게 NC를 수행하는 일 예를 도시한 도면이다. 여기서, 링크 별 채널 품질의 일 예로, 송신 레이트(transmission rate)를 가정하자.
도 2a를 참조하면, 일 예로, 릴레이(200)는 송신 레이트가 각각 '10'과 '6'인 노드 1(202) 및 노드 2(204)와 링크가 설정되어 있고, 상기 노드 1(202) 및 노드 2(204)에게 동시에 방송해야 하는 상황임을 가정하자. 그러면, 상기 릴레이(200)는 방송할 패킷에 상기 노드 1(202) 및 노드 2(204) 각각의 송신 레이트 중 작은값을 가지는 '6'을 적용하여 방송한다. 이 경우, 상기 노드 1(202)은 지원하는 송신 레이트보다 낮은 송신 레이트가 적용된 즉, 낮은 품질의 패킷을 수신하는 문제점이 있다.
한편, NC는 다수의 패킷들을 한번에 전송함으로써 송신횟수를 감소시키기 위해서 Maximum-retrieval 기법을 적용한다.
도 2b는 일반적인 Maximum-retrieval 기법이 적용된 NC 수행 시 발생하는 지연의 예를 도시한 도면이다.
도 2b를 참조하면, 릴레이(210)가2개의 노드 즉, 노드 1(212) 및 노드 2(214)와 연결된 경우를 가정하자. 이 경우, 상기 릴레이(201)는 상기 노드 1(212) 및 노드 2(214) 각각으로부터 입력 패킷 x와, y를 수신한다. 이후, 상기 릴레이(201)는 상기 입력 패킷 x와, y에 대해 XOR를 수행하여 NC된 패킷
Figure 112013009489839-pat00002
을 생성하여 상기 노드 1(212) 및 노드 2(214) 각각에게 방송한다. 이때, 상기 입력 패킷 x 및 y는 각각 자신의 링크의 송신 레이트, 채널 환경 등으로 상기 릴레이(210)에게 동시에 수신되지 않을 가능성이 높다. 이로 인해서, 상기 릴레이(210)가 입력 패킷이 모두 수신될 때까지 대기하는 시간으로 인한 지연이 발생하는 문제점이 존재한다.
그러므로, 상기한 바와 같은 릴레이와 연결된 다수의 링크 별 방송되는 데이터의 품질 감소 및 링크 별 전송 속도 차이로 인한 지연을 고려하여 개선된 NC가 요구된다.
본 발명은 채널 품질이 유사한 링크들을 그룹핑하여 NC를 수행하고, 동일 그룹에 포함된 링크들 중 해당 패킷에 대해 목적지 노드의 수신 대기 가능 시간이 작은 값을 갖는 순으로 NC된 패킷을 전송하는 NC 방법 및 장치를 제안한다.
본 발명의 실시 예에 따른 방법은; 무선 통신 시스템에서 송신 노드가 네트워크 코딩을 수행하는 방법에 있어서, 업링크 패킷들을 수신하면, 상기 업링크 패킷들이 수신된 링크들로부터 획득한 채널 품질 정보들을 이용하여 해당 링크들을 그룹핑하는 과정과, 각 그룹 별로 네트워크 코딩을 수행하고, 해당 그룹을 구성하는 링크들이 공유하는 스케쥴링 정보를 대응하는 그룹별 링크들에게 전송하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다른 방법은; 무선 통신 시스템에서 네트워크 코딩된 데이터를 수신하는 방법에 있어서, 송신 노드를 통해서 업링크 패킷의 송신 후, 상기 송신 노드로부터 네트워크 코딩이 수행된 그룹 별로, 해당 그룹을 구성하는 링크들이 공유하는 스케쥴링 정보를 수신하는 과정과, 상기 스케쥴링 정보를 기반으로 상기 데이터를 디코딩하는 과정을 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 장치는; 무선 통신 시스템에서 네트워크 코딩을 수행하는 송신 노드에 있어서, 업링크 패킷들을 수신하면, 상기 업링크 패킷들이 수신된 링크들로부터 획득한 채널 품질 정보들을 이용하여 해당 링크들을 그룹핑하고, 각 그룹 별로 네트워크 코딩을 수행하고, 해당 그룹을 구성하는 링크들이 공유하는 스케쥴링 정보를 대응하는 그룹별 링크들에게 전송하도록 송수신부를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 다른 장치는; 무선 통신 시스템에서 네트워크 코딩된 데이터를 수신하는 장치에 있어서, 송수신부를 통해서 송신 노드를 통해서 업링크 패킷의 송신 후, 상기 송신 노드로부터 네트워크 코딩이 수행된 그룹 별로, 해당 그룹을 구성하는 링크들이 공유하는 스케쥴링 정보가 수신됨을 인지하면, 상기 스케쥴링 정보를 기반으로 상기 데이터를 디코딩하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 채널 품질이 유사한 링크들을 그룹핑하여 NC를 수행하고, 동일 그룹에 포함된 링크들 중 해당 패킷에 대해 미리 결정된 목적지 노드의 수신 대기 가능 시간이 작은 값을 갖는 순으로 NC된 패킷을 전송하는 NC 방법 및 장치를 제안함으로써, NC된 데이터의 채널 품질 및 전송 지연 시간의 감소를 줄이는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 멀티홉 기반 무선 통신 시스템에서 사용되는 NC의 일 예를 도시한 도면.
도 2a는 릴레이가 서로 다른 채널 품질을 가지는 다수의 링크(link)들에게 NC를 수행하는 일 예를 도시한 도면.
도 2b는 일반적인 Maximum-retrieval 기법이 적용된 NC 수행 시 발생하는 지연의 예를 도시한 도면.
도 3은 멀티홉 기반 무선 통신 시스템에서 Maximum-retrieval 기법이 적용된 일반적인 NC가 수행되는 경우의 일 예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 링크-그룹핑 전략이 적용된 NC가 수행된 경우의 예를 도시한 도면.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 NC가 적용되는 무선 통신 시스템의 구성도의 일 예.
도 5b는 도 5a의 무선 통신 시스템에서 본 발명의 실시 예에 따른 NC의 전체 동작 흐름도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 업링크 패킷의 포맷의 일 예를 도시한 도면
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 도 5의 525단계에서 링크 그룹핑 적용된 NC를 수행하는 릴레이의 동작 흐름도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이(500)가 도 7의 725단계에서 링크-그룹핑을 수행하는 구체적인 예를 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 릴레이가 링크 그룹핑 전략을 적용된 NC를 결정한 경우, 생성하는 스케쥴링 정보의 포맷의 일 예를 도시한 도면.
도 10a는 본 발명의 실시 예에 따리 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC가 수행되는 무선 통신 시스템의 수신측 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면.
도 11a,b는 본 발명의 실시 예에 따른 스케쥴링 정보의 포맷의 일 예를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이의 구성도.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 UE의 구성도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 도면상에 표시된 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호로 나타내었으며, 다음에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 멀티홉 기반 무선 통신 시스템에서 Maximum-retrieval 기법이 적용된 일반적인 NC가 수행되는 경우의 일 예를 도시한 도면이다. 설명의 편의상 릴레이는 소스 노드와 목적지 노드 사이에 위치하는 노드이고, 채널 품질의 일 예로, 송신 레이트를 예로 들어 설명한다.
도 3을 참조하면, 릴레이(300)은 총 4개의 UE(User Equipment)들 즉, UE1 내지 UE4(302~308) 각각이 연결되고, 상기 릴레이(300)와 UE1(302) 및 UE2(304) 각각과의 송신 레이트가 "10Mbps"이고, 상기 릴레이(300)와 UE3(306) 및 UE4(308) 각각과의 송신 레이트가 "1Mbps"인 경우를 가정하자. 일 예로, 상기 릴레이(300)가 상기 4개의 링크들 각각에게 송신할 패킷들이 P1, P2, P3 및 P4이라 가정하자. 이 경우, P1, P2, P3 에 대해 XOR을 수행하여, NC된 패킷
Figure 112013009489839-pat00003
를 전송하는 송신 레이트의 최소값은 min(10, 10, 1)=1이다. 그러므로, 상기 릴레이(300)는
Figure 112013009489839-pat00004
를 UE1(302), UE2(304) 및 UE3(306)에게 동시에 방송함으로써, 1회의 전송으로 최대한 많은 UE들 즉, UE1(302), UE2(304) 및 UE3(306)의 요구를 충족시킬 수 있다. 그리고, 상기 릴레이(300)는 상기 UE4(308)에게는 P4를 유니캐스트한다. 이 경우, 상기 릴레이(300)는 송신 레이트의 차가 큰 링크들 예를 들어, UE1(302) 또는 UE2(304)와 UE3(306) 각각의 링크를 통해서 NC된 패킷을 동시에 방송함으로써, 송신 횟수를 감소시켰다. 반면, UE1(302) 및 UE2(304)는 실질적으로 10Mbps의 송신 레이트를 요구했으나 1Mbps로 NC된 패킷을 수신하였으므로, 링크 별 요구된 채널 품질이 떨어지게 된다.
그러므로, 이하, 본 발명은 멀티홉 기반 무선 통신 시스템에서 릴레이가 자신과 연결된 다수의 링크들에게 NC를 수행할 경우, 상기 다수의 링크들에 대해 채널 품질이 유사한 링크들을 하나의 그룹으로 그룹핑하고, 상기 그룹핑된 링크들에게 NC를 수행하는 링크-그룹핑 전략(link-grouping strategy)을 제안한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 링크-그룹핑 전략이 적용된 NC가 수행된 경우의 예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 릴레이(400)는 도 3과 마찬가지로 4개의 UE들 즉, 즉, UE1 내지 UE4(402~408) 각각이 연결되고, 상기 릴레이(400)와 UE1(402) 및 UE2(404) 각각과의 송신 레이트가 "10Mbps"이고, 상기 릴레이(400)와 UE3(406) 및 UE4(408) 각각과의 송신 레이트가 "1Mbps"인 경우를 가정하자. 그리고, 상기 릴레이(400)가 상기 4개의 링크들 각각에게 송신할 패킷들이 P1, P2, P3 및 P4이라 가정하자.
이 경우, 상기 릴레이(400)는 상기 UE1 내지 UE4(402~408) 중 유사한 송신 레이트를 갖는 링크들을 그룹핑한다. 일 예로, 상기 릴레이(400)와 상기 UE1(402) 및 상기 UE2(404) 각각과의 링크에 대한 송신 레이트가 "10Mbps"로 동일하므로, 상기 UE1(402) 및 상기 UE2(404)를 하나의 그룹 즉, 제1그룹으로 그룹핑한다. 그리고, 상기 릴레이(400)와 상기 UE3(406) 및 상기 UE4(408) 각각과의 링크에 대한 송신 레이트가 "1Mbps"로 동일하므로, 상기 UE3(406) 및 상기 UE4(408)를 하나의 그룹 즉, 제2그룹으로 그룹핑한다. 여기서는 하나의 그룹으로 그룹핑된 링크들의 송신 레이트가 동일한 경우를 일 예로 설명하였다. 그러나, 본 발명에서 제안하는 링크-그룹핑 전략은 릴레이와 연결된 링크들의 채널 품질들 중 미리 결정되어 있는 조건을 만족하는 채널 품질들을 가지는 링크들을 하나의 그룹으로 그룹핑할 수도 있다. 상기 조건에 대해서는 하기에서 상세히 설명하기로 한다.
이후, 상기 릴레이(400)는 상기 그룹 1에 포함된 UE1(402) 및 UE2(404)에게 NC된 패킷
Figure 112013009489839-pat00005
를 전송하고, 상기 그룹2에 포함된 UE3(406) 및 UE4(408)에게 NC된 패킷
Figure 112013009489839-pat00006
를 전송한다. 상기한 바와 같은 링크-그룹핑 전략을 적용한 NC를 수행함으로써, 릴레이는 채널 품질간의 차이가 크지 않은 UE들에게 동시에 데이터를 전송할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 링크 그룹핑 전략 기반 NC는 일반적인 Maximum-retrieval 기법이 적용된 NC에 비해 링크 별 채널 품질의 저하가 감소하게 된다.
또한, 본 발명은 NC 수행을 위해 소스 노드로부-터 입력되는 패킷의 수신 대기로 인해서 발생하는 지연 시간을 감소시키기 위해서, UE로부터 수신한 채널 품질 정보(CQI: Channel Quality Information)를 기반으로, 릴레이가 송신한 패킷을 UE가 수신 버퍼에 저장할 수 있는 최대 버퍼링(buffering) 시간을 미리 정의한다. 그리고, 본 발명의 실시 예에서는 UE가 패킷을 릴레이로 송신 시, 상기 릴레이가 상기 NC된 패킷에 대해 가능한 수신 대기(hold) 시간을 지시하는 딜레이 버짓(delay budget)을 릴레이에게 전달한다. 그러면, 상기 릴레이는 딜레이 버짓의 값이 작은 패킷 순으로 목적지 노드로의 포워딩을 수행하는 스케쥴링 알고리즘(scheduling algorithm)을 제안한다.
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따른 NC가 적용되는 무선 통신 시스템의 구성도의 일 예이다.
도 5a를 참조하면, 릴레이(500)는 총 6개의 UE들과 링크가 설정되어 있다. 그리고, 일 예로, 상기 릴레이(500)는 UE1(502), UE2(504) 및 UE3(506)을 NC를 수행할 동일 그룹으로 그룹핑한 경우를 가정한다.
그리고, 도 5b는 도 5a의 무선 통신 시스템에서 본 발명의 실시 예에 따른 NC의 전체 동작 흐름도이다. 설명의 편의상 UE1(502)을 대표적인 예로 들었을 뿐, 도 5b에서 UE1(502)의 동작은 상기 릴레이(500)를 포함하는, 기지국의 서비스 커버리지에 위치한 UE들 모두에게서 수행된다.
도 5b를 참조하면, 먼저, 릴레이(500)와 UE1(502)는 510단계 내지 515단계를 통해서 연결 설정 절차를 수행한다. 즉, 510단계에서 릴레이(500)는 UE1(502)로부터 CQI를 수신한다. 상기 CQI는 UE가 서빙 기지국에게 주기적으로 보고하는 CQI와 유사하며, 본 발명의 실시 예에 따라 해당 UE가 NC적용이 가능한 지 여부를 나타내는 정보 및 엔코딩/디코딩(encoding/decoding)의 가능 여부를 지시하는 정보 등을 포함한다. 그러면, 515단계에서 상기 릴레이(500)는 상기 CQI를 기반으로, 자신이 사용할 NC 방식(예를 들어, XOR)의 지시 정보 및 상기 릴레이(500)가 송신한 다운링크 패킷을 상기 UE가 수신 버퍼에 저장할 수 있는 최대 버퍼링 시간, 즉 최대 버퍼링 정보를 결정한다. 이때, 상기 릴레이(500)가 송신한 다운링크 패킷은 NC된 패킷 뿐만 아니라 NC되지 않은 패킷을 포함한다. 그리고, 상기 릴레이(500)는 상기 NC 방식의 지시 정보 및 상기 최대 버퍼링 정보를 포함하는 NC 구성 정보를 상기 UE1(502)에게 전달한다.
상기한 바와 같이 510단계 내지 515단계를 통해서 UE1(502) 및 릴레이(500)간의 연결 설정 절차가 완료되면, 520단계에서 상기 UE1(502)은 본 발명의 실시 예에 따른 포맷(format)을 가지는 업링크 패킷을 상기 릴레이(500)에게 전송한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 업링크 패킷의 포맷의 일 예를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 업링크 패킷(600)은 데이터 부분 외에 딜레이 버짓 필드(602) 및 NC 버퍼 상태 정보 필드(604)를 포함한다. 상기 딜레이 버짓 필드(602)는 앞서 언급한 바와 같이, 상기 UE1(502)에서 상기 업링크 데이터(600)를 상기 릴레이(500)에게 송신할 때, 상기 릴레이가(500)가 상기 업링크 패킷(600)에- 대해 가능한 수신 대기 시간을 지시한다. 그리고, 상기 NC 버퍼 상태 정보 필드(604)는 상기 UE의 송신 버퍼에 남아 있는 업링크 패킷들에 대한 정보를 포함한다. 일 예로, 상기 업링크 패킷들에 대한 정보는 상기 업링크 패킷들의 수를 포함한다.
상기한 바와 같은 포맷의 업링크 패킷을 수신한 릴레이(500)는 525단계에서 링크 그룹핑 전략을 NC에 적용할 지 여부를 결정하고, 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC를 수행한다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따라 도 5의 525단계에서 링크 그룹핑 적용된 NC를 수행하는 릴레이의 동작 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 700단계에서 릴레이(500)는 CQI들을 기반으로 NC 코딩 시 일반적인 Maximum-retrieval 기법을 적용할 지 아니면, 본 발명에서 제안하는 링크 그룹핑 전략을 적용할 지 여부를 결정한다. 여기서, 상기 릴레이(500)는 자신이 포함된 기지국이 서비스 커버리지에 위치한 UE들로부터 상기 CQI 들을 수신한 상태임을 가정한다. 구체적인 예로, 상기 릴레이(500)는 UE 별 CQI 중 일 예로, 송신 레이트를 사용하는 경우를 가정하자. 그러면, 상기 릴레이(500)는 상기 CQI로부터 해당 UE의 송신 데이터 레이트를 획득한다. 그리고, 상기 릴레이(500)는 UE들의 송신 데이터 레이트들 중 최대값과 최소값의 비와 및 미리 결정되어 있는 임계값(
Figure 112013009489839-pat00007
)을 하기 <수학식 1>과 같이 비교한다.
Figure 112013009489839-pat00008
상기 비교 결과 상기 최대값과 최소값이 1+
Figure 112013009489839-pat00009
보다 작으면, 상기 릴레이(500)는 Maximum-retrieval 기법을 적용하기로 결정하고, 705단계에서 Maximum-retrieval 기법이 적용된 NC를 수행한다.
상기 비교 결과, 상기 최대값과 최소값이 1+
Figure 112013009489839-pat00010
보다 크거나 같으면, 상기 릴레이(500)는 본 발명에서 제안하는 링크-그룹 전략을 적용하기로 결정하고, 710단계로 진행한다. 710단계에서 상기 릴레이(500)는 UE들로부터 수신한 업링크 패킷들을 저장하고 있는 큐(Queue)에서 각 패킷의 딜레이 버짓 값을 검사한다. 그리고, 자신의 딜레이 버짓 값을 초과한 적어도 하나의 패킷이 존재하는 지 확인한다. 상기 검사결과, 상기 딜레이 버짓값을 가지는 적어도 하나의 패킷이 존재할 경우, 730단계에서 상기 릴레이(500)는 상기 적어도 하나의 패킷 중 현재 시점에서 딜레이 버짓의 초과분이 큰 패킷 순으로 해당 패킷을 대응하는 링크를 통해서 목적지 노드로 전송한다.
상기 검사결과, 상기 딜레이 버짓 임계값을 초과하는 패킷들이 존재하지 않으면, 상기 릴레이(500)는 715단계로 진행한다. 715단계에서 상기 릴레이(500)는 미리 수신한, 상기 큐에 저장되어 있는 패킷 별 CQI를 확인함으로써, 링크-그룹핑의 적용 여부를 결정한다. 그리고, 링크-그룹핑의 적용 대상이 존재하지 않을 경우, 720단계에서 상기 릴레이(500)는 상기 큐에 저장되어 있는 패킷들 중 딜레이 버짓값이 작은 순으로 해당 패킷을 대응하는 링크를 통해서 목적지 노드로 포워딩한다.
상기 결정 결과, 링크-그룹핑의 적용 대상이 존재할 경우, 상기 릴레이(500)는 상기 패킷들에게 링크-그룹핑의 적용을 결정하고, 725단계로 진행한다. 725단계에서 상기 릴레이(500)는 상기 큐에 저장된 패킷들에게 링크-그룹핑을 수행한다. 일 예로, 상기 릴레이(500)는 상기 큐에 저장된, 링크-그룹핑의 적용 대상인 패킷들 중 딜레이 버짓값의 합이 최소인 순으로 패킷 쌍을 선택할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 예에 따라 링크 그룹핑의 적용이 결정된 경우, 링크들을 그룹핑하는 조건은 채널 품질 중 다양한 정보들을 이용할 수 있다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이(500)가 도 7의 725단계에서 링크-그룹핑을 수행하는 구체적인 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 일 예로, 상기 릴레이(500)의 큐에는 총 16개의 패킷들이 저장되어 있으며, 상기 16개의 패킷들 각각이 송신된 링크가 0부터 15의 서로 다른 CQI를 가지는 경우를 가정하자. 이 경우, 일 예로, CQI가 유사한 2개의 패킷들을 하나의 그룹으로 그룹핑할 경우, 총 8개의 그룹이 생성된다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서는 미리 결정된 범위를 만족하는 CQI를 하나의 그룹으로 그룹핑하는 적응적 그룹핑 방식을 적용할 수도 있다. 구체적인 예로, 그룹핑 팩터(r)의 범위를 0<r<1로 설정한 후, 송신 레이트의 기준값 c를 기반으로 하기 <수학식2>를 만족하는 송신 레이트들을 가지는 패킷들을 하나의 그룹으로 그룹핑할 수도 있다.
Figure 112013009489839-pat00011
예를 들어, r이 0.2이고, 송신 레이트의 최소값이 10Mbps인 경우를 가정하자. 그러면, 첫 번째 그룹의 최소값이 10[Mbps]이므로, 10=(1-0.2)c를 통해서 c=12.5이다. 이 경우, 첫 번째 그룹은 10 내지 '12.5(1+0.2)=15' 내에 포함되는 송신 레이트를 갖는 링크들을 원소로서 구성할 수 있다. 마찬가지로, 두 번째 그룹은 15가 최소값이므로, c(1+0.2)=15를 통해서, c=18.75이다. 이 경우, 두 번째 그룹은 15~'18.75(1+02)=22.5"에 포함되는 송신 레이트를 갖는 링크들을 원소로서 구성할 수 있다. 상기한 바와 같이 그룹핑된 그룹들 각각에 대해 동일 그룹에 포함된 링크들끼리 스케쥴링 정보를 공유하고, 해당 그룹에 포함된 구성원들에게 네트워크 코딩을 수행함으로써, 자원이 절약된다.
이후, 735단계에서 상기 릴레이(500)는 상기한 바와 같은 링크-그룹핑 방식에 따라 그룹핑된 그룹별로 동일 그룹에 포함된 패킷들에게 NC를 수행한다. 구체적으로, XOR 기반 NC를 수행할 경우, 상기 릴레이(500)는 동일한 그룹을 구성하는 패킷들 중 패킷 크기가 큰 패킷의 크기에 대응하게 크기가 작은 패킷의 제로 패딩(zero-padding)을 수행하여 NC된 패킷을 목적지 노드로 방송한다.
상기한 바와 같이 525단계에서 상기 릴레이(500)가 도 7에서와 같이 링크 그룹핑 전략을 적용된 NC를 수행하면, 530단계로 진행한다. 530단계에서 상기 릴레이(500)는 동일 그룹 별로, 해당 그룹에 속한 UE들에게 동일 스케쥴링 정보를 전송한다. 그리고, 535단계에서 상기 릴레이(500)는 상기 UE1(502)에게 링크 그룹핑 전략을 적용하여 NC된 다운링크 데이터를 전송한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따라 릴레이가 링크 그룹핑 전략을 적용된 NC를 결정한 경우, 생성하는 스케쥴링 정보의 포맷의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 스케쥴링 정보(900)는 NC 지시자 필드(902)와, 그룹 정보 필드(904)와, NC된 패킷 정보 필드(906)와, 각 패킷의 크기 정보 필드(908) 및 최대 버퍼링 시간 정보 필드(910)를 포함한다.
상기 NC 지시자 필드(902)는 NC 수행 시 일반적인 Maximum-retrieval 기법이 적용되었는 지 아니면, 링크 그룹핑 전략이 적용되었는 지를 표시한다. 일 예로, 상기 NC 지시자 필드(902)는 1비트를 사용하여 '1'인 경우, Maximum-retrieval 기법이 적용된 네트워크 코딩을 지시하고, '0'인 경우, 링크 그룹핑 전략이 적용된 네트워크 코딩임을 지시할 수 있다. 물론, 그 반대의 경우로도 설정 가능하다. 그리고, 상기 그룹 정보 필드(904)와, NC된 패킷 정보 필드(906), 각 패킷의 크기 정보 필드(908) 및 최대 버퍼링 시간 정보 필드(910) 각각은 상기 NC 지시자 필드(902)가 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC를 지시하는 경우에 해당 정보를 포함한다.
상기 그룹 정보 필드(904)는 상기 NC 지시자 필드(902)가 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC를 지시하는 경우, 동일 그룹에 포함되어 있는 UE 또는 링크들을 나타내는 정보를 포함한다. 그리고, 동일 그룹 별로 할당된 서로 다른 스크램블링(scrambling) 정보가 포함된다. 이후, 동일 그룹 내에 포함된 UE들은 상기 그룹 정보를 통해서 획득한 스크램블링 정보를 통해서 디코딩을 수행할 수 있다. 예를 들어, 동일 그룹 별로 그룹 식별자를 할당하고, 해당 그룹에 포함된 링크 식별자들을 매핑하여 구성될 수 있다. 이때, 그룹이 다수 개일 경우, CQI가 높은 순으로 그룹 식별자를 나열될 수도 있다.
상기 NC된 패킷 정보 필드(906)는 NC된 패킷들을 지시하는 정보이다. 일 예로, UE의 식별자와, 그에 매핑되는 패킷들의 시퀀스 넘버(SN: Sequence Number)들로 구성될 수 있다. 그리고, 상기 각 패킷의 크기 필드(908)는 상기 NC된 패킷들 각각의 크기를 지시하는 정보를 포함한다. 마지막으로, 상기 최대 버퍼링 시간 정보 필드(910)는 상기 릴레이가 송신한 다운링크 패킷을 UE가 수신 버퍼에 저장할 수 있는 최대 버퍼링 시간 을 지시하는 정보를 포함한다.
도 10a는 본 발명의 실시 예에 따리 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC가 수행되는 무선 통신 시스템의 수신측 동작의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a를 참조하면, 릴레이(1000)는 자신이 포함된 기지국의 서비스 커버리지에 위치한 UE들로부터 CQI 정보를 수신하고, 이를 기반으로, 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC를 수행하기로 결정된 경우를 가정하자. 일 예로, UE1(1002) 내지 UE3(1006)는 상기 릴레이(1000)에 의해서 CQI가 미리 결정된 조건을 만족하여 하나의 그룹으로 그룹핑된 상태이다. 그리고, 앞서 설명한 도 5a와 도 7에 따라 상기 그룹에 포함된 UE1 내지 UE 3(1002~1006) 각각은 상기 릴레이(1000)에게 업링크 패킷들을 송신한 상태이며, 상기 릴레이(1000)는 이들에 대해 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC를 수행한 상태이다. 이후, 상기 동일 그룹을 구성하는 UE1 내지 UE 3(1002~1006)는 각각 상기 릴레이(1000)로부터 스케쥴링 정보 및 NC된 패킷을 수신한다.
도 10b는 본 발명의 실시 예에 따른 UE의 동작 흐름도이다. 여기서는, 설명의 편의상, 도 10b의 UE1 내지 UE 3(1002~1006) 중 UE2(1004)의 동작을 설명한다. 그러나, 나머지 UE1(1002) 및 UE3(1006) 역시 UE2(1004)와 동일하게 동작한다.
도 10b를 참조하면, 1010단계에서 UE2(1004)는 상기 릴레이(1000)로부터 스케쥴링 정보를 수신하고, 1015단계로 진행한다. 이때, 상기 스케쥴링 정보는 앞서 설명한 바와 같이 상기 릴레이(1000)의 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC의 수행 결과를 기반으로 생성된 상태이다.
도 11a,b는 본 발명의 실시 예에 따른 스케쥴링 정보의 포맷의 일 예를 도시한 도면이다.
도 11a를 참조하면, 스케쥴링 정보는 도 9의 스케쥴링 정보의 포맷에 대응하며, 도 10a에서 릴레이(1000)가 수행한 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC의 구체적인 결과를 포함한다. 먼저, NC 지시자 필드(1102)는 링크 그룹핑 전략이 적용된 NC가 수행됨을 지시하는 '1' 비트로 설정되어 있다. 그리고, 그룹 정보 필드(1104)는 앞서 설명한 바와 같이 동일 그룹에 포함된 UE1(1002), UE2(1004) 및 UE3(1006)와 상기 릴레이(1000) 각각과 설정된 링크 즉, l1, l2 및 l3를 지시한다. 다음으로, NC된 패킷 정보 필드(1106)는 상기 링크들 l1, l2 및 l3 각각을 통해서 해당 UE 즉, UE1(1002), UE2(1004) 및 UE3(1006) 각각에게 전달되는 패킷 P1, P2 및 P3 각각을 지시한다. 그리고, 각 패킷의 크기 정보 필드(1108)는 상기 패킷 P1, P2 및 P3 각각의 크기 정보 즉, 500바이트(byte), 1000바이트 및 1500바이트를 지시한다. 마지막으로, 최대 버퍼링 시간 정보(1100)는 일 예로, '10ms'를 지시한다.
도 10b의 1015단계에서 상기 UE2(1004)는 상기 스케쥴링 정보(1100)로부터 NC 지시자 필드(1102)를 확인한다. 상기 확인 결과, 상기 NC 지시자 필드(1102)가 '0', 즉, 일반적인 Maximum-retrieval 기법이 적용된 경우를 지시하면, 1020단계에서 상기 UE2(1004)는 상기 릴레이(1000)로부터 수신한 데이터를 그대로 자신의 수신 버퍼에 저장한다. 그리고, 도면에 도시하지 않았으나 일반적인 Maximum-retrieval 기법이 적용된 NC를 수행한다.
상기 확인 결과, 상기 NC 지시자 필드(1102)가 '1', 즉, 링크-그룹핑 전략이 적용됨을 지시하면, 1025단계에서 상기 UE2(1004)는 상기 스케쥴링 정보(1100)에서 상기 NC 지시자 필드(1102)와 함께 포함된 링크-그룹핑 전략 기반 추가 정보들을 확인한다. 상기 링크-그룹핑 전략 기반 추가 정보는 그룹 정보 필드(1104)와, NC된 패킷 정보 필드(1106)와, 각 패킷의 크기 정보 필드(1108) 및 최대 버퍼링 시간 정보 필드(1110)를 포함한다. 그리고, 1030단계에서 상기 UE2(1004)는 상기 추가 정보로부터 획득한 정보를 기반으로, 상기 릴레이(1000)로부터 수신한, 일 예로 도 11b와 같이 나타내어지는 다운링크 신호의 디코딩을 수행한다. 구체적으로, 상기 UE2(1004)는 상기 스케쥴링 정보(1100)의 패킷 정보 필드(1106)로부터 자신에게 수신되는 패킷이 P2이며, 상기 각 패킷의 크기 정보 필드(1108)를 통해서 상기 P2의 크기가 1000바이트임을 확인한다. 그러면, 상기 UE2(1004)는 상기 릴레이(1000)로부터 수신한 다운링크 패킷
Figure 112013009489839-pat00012
으로부터 제로 패딩된 부분들을 버린다. 그리고, 1035단계에서 상기 UE2(1004)는 제로 패딩이 제외된 다운링크 패킷에 대해 상기 그룹 정보(1104)로부터 획득한 그룹별 스크램블링 정보를 이용하여, 미리 저장하고 있는 패킷들 즉, P1및 P3과의 디코딩 일 예로, XOR를 수행함으로써, P2를 획득한다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 릴레이의 구성도이다.
도 12를 참조하면, 릴레이(1200)는 제어부(1202)와, 송수신부(1204)와, 링크-그룹핑 적용 NC 결정부(1206) 및 스케쥴링 정보 생성부(1208)를 포함한다.
상기 송수신부(1204)는 UE들로부터 CQI 정보 및 업링크 패킷을 수신한다. 상기 업링크 패킷은 본 발명의 실시 예에 따른 도 6의 포맷을 따른다.
상기 제어부(1202)는 상기 UE들로부터 수신한 CQI 정보를 기반으로, 상기 UE들 각각이 상기 릴레이(1200)로부터 수신한 업링크 패킷을 버퍼에 저장할 수 있는 최대 버퍼링 시간을 설정한다. 그리고, UE들로부터 수신한 업링크 패킷들에 대한 딜레이 버짓 값을 검사한다. 그리고, 상기 업링크 패킷들 중 자신의 딜레이 버짓 값을 초과한 적어도 하나의 업링크 패킷들이 존재하면, 상기 제어부(1202)는 현재 시점에서 딜레이 버짓의 초과분이 큰 순으로 목적지 노드에게 포워딩한다. 그리고, 상기 업링크 패킷들 중 자신의 딜레이 버짓값을 초과한 딜레이 버짓이 존재하지 않는 경우, 상기 제어부(1202)는 상기 링크-그룹핑 적용 NC 결정부(1206)가 상기 업링크 패킷들에 대해 링크 그룹핑 전략을 적용한 NC를 수행할 지 여부를 결정하도록 제어한다. 구체적으로, 상기 링크-그룹핑 적용 NC 결정부(1206)는 수신 버퍼에 저장된 업링크 패킷들 각각의 CQI를 확인하여, 링크-그룹핑의 적용 대상이 존재하는 지 여부를 검사한다. 구체적으로, 링크-그룹핑의 적용 대상의 조건에 대한 구체적인 예로는, CQI로부터 획득한 링크 별 송신 레이트가 미리 결정된 범위에 포함되는 지 여부 또는 딜레이 버짓의 합이 최소 값을 갖는 순을 포함한다. 그리고, 상기 링크-그룹핑의 적용 대상이 존재할 경우,, 상기 링크-그룹핑 적용 NC 결정부(1206)는 해당 업링크 패킷들에게 링크-그룹핑이 적용된 NC를 수행한다. 그리고, 상기 링크-그룹핑의 적용 대상이 존재하지 않으면, 상기 링크-그룹핑 적용 NC 결정부(1206)는 링크-그룹핑이 적용된 NC를 수행하지 않기로 결정한다. 그러면, 상기 제어부(1202)는 상기 수신 버퍼에 저장된 업링크 패킷들 중 딜레이 버짓이 작은 순으로 해당 패킷을 목적지 노드에게 전송하도록 상기 송수신부(1204)를 제어한다.
한편, 상기 제어부(1202)가 상기 링크-그룹핑 적용 NC 결정부(1206)가 링크-그룹핑이 적용된 NC를 수행하기로 결정함을 인지하면, 스케쥴링 정보 생성부(1202)를 통해서 스케쥴링 정보를 생성한다. 상기 스케쥴링 정보는 앞서 설명한 바와 같은 도 9의 포맷을 따른다. 그리고, 상기 제어부(1202)는 상기 스케쥴링 정보 및 NC된 패킷을 상기 송수신부(1204)를 통해서 목적지 노드로 전달되도록 제어한다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 UE의 구성도이다.
도 13을 참조하면, UE(1300)는 제어부(1302)와, 송수신부(1304), 스케쥴링 정보 검사부(1306) 및 디코딩부(1308)를 포함한다.
상기 송수신부(1304)는 릴레이를 통해서 또는 직접 주기적으로 CQI 정보를 기지국에게 전송한다. 그리고, 도 6의 포맷에 따라 딜레이 버짓 및 NC 버퍼 상태 정보를 포함하는 업링크 패킷을 목적지 노드에게 전송한다.
상기 제어부(1302)는 릴레이로부터 수신한 스케쥴링 정보에 대해 상기 스케쥴링 정보 검사부(1306)가 추가 정보들을 검사하도록 제어한다. 즉, 상기 스케쥴링 정보 검사부(1306)는 NC 지지자를 통해서 NC에 링크-그룹핑 전략이 적용되었는 지 여부를 확인하고, 링크-그룹핑 전략이 적용된 경우, 추가 정보들을 확인한다. 여기서 상기 스케쥴링 정보는 도 9의 포맷을 따른다.
한편, 상기 제어부(1302)가 다운링크 패킷을 수신함을 확인하면, 상기 스케쥴링 정보를 통해서 동일 그룹에 속하는 패킷들을 구분하고, 상기 스케쥴링 정보를 통해서 해당 그룹에 할당된 스크램블링 정보를 통해서 동일 그룹에 포함된 패킷들에게 디코딩을 수행하도록 상기 디코딩부(1308)를 제어한다.
상기한 바와 같이 링크-그룹핑이 적용된 NC를 수행하고, 수신된 패킷의 딜레이 버짓을 확인하여 딜레이 버짓이 최소값을 갖는 순으로 다운링크 데이터를 스케쥴링함으로써, NC된 데이터의 채널 품질 및 전송 지연 시간의 감소가 줄어들게 된다.
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 안되며 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템에서 중계 노드에 의해 네트워크 코딩(NC)을 수행하는 방법으로서,
    각각의 링크들을 통해, 대응하는 업링크 패킷에 대한 상기 중계 노드의 수신 대기(holding) 시간을 포함하는 업링크 패킷들을 수신하는 단계;
    채널 품질 정보에 기초하여 상기 링크들을 적어도 하나의 그룹으로 그룹화하는 단계 ― 각각의 그룹은 채널 품질 정보의 리스팅된(listed) 범위를 만족함 ― ;
    각각의 그룹에 대한 다운링크 데이터에 대해 상기 NC를 수행하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 그룹 각각에게 각 그룹에 의해 공유되는 각각의 스케줄링 정보를 전송하는 단계를 포함하는,
    무선 통신 시스템에서 중계 노드에 의해 NC를 수행하는 방법.

  2. 제1항에 있어서,
    각각의 그룹의 수신 노드가 버퍼 내에 다운링크 패킷들을 저장할 수 있는 최대 버퍼링 시간을 결정하는 단계; 및
    상기 최대 버퍼링 시간을 각각의 그룹에게 전송하는 단계를 더 포함하는,
    무선 통신 시스템에서 중계 노드에 의해 NC를 수행하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 업링크 패킷들은 대응하는 링크들을 통해 전송될 업링크 패킷들의 정보를 더 포함하는,
    무선 통신 시스템에서 중계 노드에 의해 NC를 수행하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 업링크 패킷들을 수신하는 단계는:
    상기 업링크 패킷들이 상기 수신 대기 시간을 초과하는 경우, 상기 수신 대기 시간의 가장 큰 초과하는 값으로부터 시작하는 순서로, 대응하는 링크들 중 하나를 통해, 수신 노드로, 초과하는 업링크 패킷들을 포워딩하는 단계를 더 포함하는,
    무선 통신 시스템에서 중계 노드에 의해 NC를 수행하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 업링크 패킷들을 수신하는 단계는:
    어떠한 업링크 패킷도 상기 수신 대기 시간을 초과하지 않는 경우, 대응하는 링크를 통해, 상기 수신 대기 시간의 가장 작은 값을 갖는 업링크 패킷을 포워딩하는 단계를 더 포함하는,
    무선 통신 시스템에서 중계 노드에 의해 NC를 수행하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스케쥴링 정보는,
    각각의 그룹에 대해 상기 NC가 수행됨을 나타내는 표시자, 동일한 그룹 내에 포함된 링크들의 표시 정보, 상기 동일한 그룹 내에서 상기 NC를 통해 통과된 업링크 패킷들의 표시 정보, 상기 업링크 패킷들의 크기 정보, 및 수신 버퍼 내에 저장될 수 있는 상기 중계 노드로부터 수신된 다운링크 패킷들에 대한 최대 버퍼링 시간 정보 중 적어도 하나를 포함하는,
    무선 통신 시스템에서 중계 노드에 의해 NC를 수행하는 방법.
  7. 무선 통신 시스템에서 사용자 장비(UE)에 의해 네트워크 코딩된 데이터를 수신하는 방법으로서,
    중계 노드로, 업링크 패킷에 대한 상기 중계 노드의 수신 대기 시간을 포함하는 상기 업링크 패킷을 전송하는 단계;
    상기 중계 노드로부터 링크들의 그룹에 의해 공유되는 스케줄링 정보를 수신하는 단계 ― 상기 링크들의 그룹은 채널 품질 정보의 리스팅된(listed) 범위를 만족함 ― ;
    네트워크 코딩(NC)가 수행된 다운링크 데이터를 수신하는 단계; 및
    상기 스케줄링 정보를 이용하여 상기 다운링크 데이터를 디코딩하는 단계를 포함하는,
    무선 통신 시스템에서 UE에 의해 네트워크 코딩된 데이터를 수신하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 디코딩하는 단계는 상기 그룹에게 할당된 스크램블링 코드를 이용하여 상기 다운링크 데이터를 디코딩하는 단계를 포함하는,
    무선 통신 시스템에서 UE에 의해 네트워크 코딩된 데이터를 수신하는 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 업링크 패킷은 대응하는 링크들을 통해 전송될 업링크 패킷들에 대한 정보를 더 포함하는,
    무선 통신 시스템에서 UE에 의해 네트워크 코딩된 데이터를 수신하는 방법.
  10. 무선 통신 시스템에서 네트워크 코딩(NC)을 수행하기 위한 중계 노드로서,
    각각의 링크들을 통해, 대응하는 업링크 패킷에 대한 상기 중계 노드의 수신 대기(holding) 시간을 포함하는 업링크 패킷들을 수신하고;
    채널 품질 정보에 기초하여 상기 링크들을 적어도 하나의 그룹으로 그룹화하고 ― 각각의 그룹은 채널 품질 정보의 리스팅된(listed) 범위를 만족함 ― ;
    각각의 그룹에 대한 다운링크 데이터에 대해 상기 NC를 수행하고; 그리고
    상기 적어도 하나의 그룹 각각에게 각 그룹에 의해 공유되는 각각의 스케줄링 정보를 전송하도록 구성되는,
    제어기를 포함하는,
    중계 노드.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 추가로 구성되는,
    중계 노드.
  12. 무선 통신 시스템에서 네트워크 코딩된 데이터를 수신하기 위한 사용자 장비(UE)로서,
    중계 노드로, 업링크 패킷에 대한 상기 중계 노드의 수신 대기 시간을 포함하는 상기 업링크 패킷을 전송하고;
    상기 중계 노드로부터 링크들의 그룹에 의해 공유되는 스케줄링 정보를 수신하고 ― 상기 링크들의 그룹은 채널 품질 정보의 리스팅된(listed) 범위를 만족함― ;
    네트워크 코딩(NC)가 수행된 다운링크 데이터를 수신하고; 그리고
    상기 스케줄링 정보를 이용하여 상기 다운링크 데이터를 디코딩하도록 구성되는,
    제어기를 포함하는,
    UE.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어기는 제8항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 추가로 구성되는,
    UE.
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