KR20010102505A - 고성능 코딩을 가능케 하는 멀티플렉서된 ｃｄｍａ채널들에서의 순방향 에러 정정 - Google Patents

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Abstract

무선 링크 상에서 코딩된 전송 사용을 최적화하는 프로토콜. 이러한 기술에서, 인터프레임들은 우선 무선 채널의 전송 특성에 따라 최적 사이즈로 선택된 세그먼트들로 분할된다. 세그먼트들에 위치 식별기 및 여분 검사합이 지정된다. 그리고 나서 세그먼트들은 블록들로 조립되고 순방향 에러 정정 알고리즘이 상기 블록에 적용되어 여분 비트들을 발생시킨다. FEC 블록은 그리고 나서 이용 가능한 통신 채널들 사이에서 분할되고 수신기로 전달된다. 역 과정이 수신기에서 적용된다. 이러한 방식을 사용하여, 에러 데이타를 포함하는 세그먼트만이 재전송될 필요가 있다. 따라서 에러가 복원될 수 없을 때 완전한 블록의 재전송 필요성과 연관된 잠재(latency)를 최소화하면서 고성능 순방향 에러 정정이 요구되는 큰 블록 사이즈가 사용될 수 있다.

Description

고성능 코딩을 가능케 하는 멀티플렉서된 ＣＤＭＡ 채널들에서의 순방향 에러 정정{FORWARD ERROR CORRECTION ON MULTIPLEXED CDMA CHANNELS ENABLING HIGH PERFORMANCE CODING}
저 비용으로 개인 컴퓨터를 널리 이용할 수 있는 것은 일반인이 가능한 한 적은 비용으로 인터넷 및 다른 컴퓨터 네트워크에 접속을 요구하는 상황을 야기시켰다. 이러한 요구는 랩톱 컴퓨터, 개인 휴대용 정보 단말기와 같은 휴대 장치에 대한 네트워크 접속 제공의 필요성으로 전달되고 있다. 이러한 휴대용 장치의 사용자들 조차도 유선 접속을 사용할 때 익숙한 동일한 편리성을 갖는 컴퓨터 네트워크들과의 접속을 할 수 있기를 기대한다.
불행히도 고속에서 인터넷에 저 비용 무선 접속을 제공하는 널리 이용 가능한 만족스러운 해법이 존재하지 않는다. 현재 기존의 셀룰러 전화기 네트워크로 동작하는 무선 모뎀을 사용자들은 종종 예를 들어 웹 페이지 관찰을 시도하는 시간에 어려움을 겪는다. 이는 적어도 부분적으로는 셀룰러 전화기 네트워크의 구조가 원래 음성 통신을 지원하기 위해 설계되었고 인터넷에 사용되는 패킷-지향 데이타통신 프로토콜을 지원하기 위해 설계된 것이 아니라는 사실에 기인한다. 게다가, 광범위한 네트워크의 사용자들을 접속시키기 위해 사용되는 프로토콜들은 무선 인터페이스 상에서의 효율적인 전송을 제공하지 않는다.
코드 분할 다중 접속(CDMA)과 같이 무선 통신 시스템에서 다중 데이타 링크를 제공하는 프로토콜들이 제안되었다. 예를 들어, 상기 시스템은 계류중인 미국 특허 출원 번호 08/992/759, 출원일 1997,12,17, 제목 "A Protocol Conversion and Bandwidth Reduction Technique Providing Multiple nB+D ISDN Basic Rate Interface Links Over a Wireless Code Division Multiple Acess Communication System"에 제시되어 있고, 이는 본 발명의 양수인에게 양도되었다. 이러한 기술을 가지고, 무선 채널들로의 좀 더 효율적인 접속 할당을 통해 디지탈 셀룰러 접속 상에서 고속 데이타 서비스가 제공될 수 있다. 특히, 상이한 코드를 각 서브 채널에 지정함으로써 표준 CDMA 채널 대역폭 내에서 많은 서브 채널들이 정의된다. 그리고 나서 주어진 접속의 순간적인 필요 대역폭은 다이나믹하게 다중 서브 채널을 각 세션에 대해 요구되는 기준에 따라 할당함으로써 충족된다. 예를 들어, 웹페이지를 다운로드할 때와 같이 가입자 대역폭의 요구사항들이 상대적으로 높은 시간동안 서브 채널들이 주어질 수 있다. 그리고 나서 상기 대역폭은 사용자가 이전에 다운로드된 웹페이지를 읽을 때와 같이 컨텐트가 상대적으로 낮은 기간동안 릴리스(release)된다.
그러나, 이러한 시스템의 구현은 잡음, 다중경로, 및 다른 에러원들을 최소화하면서 가능한 최대 비트율을 달성하기 위해서 다양한 변조 및 코딩방식의 세심한 계획을 필요로 한다. 예를 들어, 변조 코드들 및 유사랜덤 확산 코드들이 동일한 무선 주파수 캐리어를 점유하는 채널들 사이의 간섭을 최소화하도록 세심하게 선택되어져야만 한다. 게다가, 전송 제어 프로토콜/인터넷 프로토콜(TCP/IP) 통신 과 같은 상위 계층 데이타 프로토콜이 발생할 수 있도록 하기 위해 데이타 스트림들 내에 삽입된 비트들을 프레임화 하는 것이 필요하다.
상기 시스템들은 상대적으로 잡음이 없는 환경 하에서는 잘 동작하지만, 몇 가지 면에서 바람직하지 않다.
예를 들어, 주기적 덧붙임 검사(CRC) 에러는 TCP/IP 프레임이 에러 상태로 수신되는 것을 나타낼 수 있지만, CRC의 사용은 에러 프레임의 수신이 모든 프레임의 재전송을 요구한다는 점에서 바람직하지 않다. 불행히도, 재전송을 요구하는 접속 기술들은 상기 재전송을 수용하기 위해 접속이 명확하게 주어져야만 하는 CDMA와 같은 공유 접속 무선 환경에서 특히 번잡하다. 예를 들어, CDMA 시스템에서 상기 에러들은 실질적으로 재전송 대역폭보다 큰 양으로 시스템 용량을 줄이는 비 선형 효과를 가질 수 있다. 따라서 가능한 한 재전송 데이타를 최소화하는 것이 필요하다.
순방향 에러 정정(FEC)으로 알려진 기술들이 일반적으로 CDMA 및 음성 전송에 적용되는 다른 다중 접속 변조 방식들에 사용된다. 이러한 기술들은 무선 채널 상에서 전송되는 한 그룹의 비트들 또는 "블록"을 받아들이고 추가적인 여분 비트들에 대한 값들을 결정한다. 상기 여분 비트들의 수는 매우 중요할 수 있다. 예를 들어, 소위 1/2 레이트, 1/3 레이트, 또는 심지어 1/4 레이트 코드들을 사용하는 것이 일반적이고, 이에 기해 실제 전송되는 블록에서의 비트들의 수는 2,3,또는 4배로 각각 증가된다.
따라서, 순방향 에러 정정 코드는 일련의 특정 비트들이 에러 상태로 수신되었는지를 탐지하는데 사용될 수 있을 뿐 아니라 에러 정정을 구현하는 데에도 역시 사용될 수 있다. 이는 하나 또는 그 이상의 비트들에서의 에러 때문에 모든 패킷을 재전송하는 필요성을 제거시킨다. 따라서 순방향 에러 정정은 재전송이 비실용적이고 값비싼 위성 방송과 같은 구현들에서 널리 사용된다.
불행히도, 순방향 에러 정정은 이용 가능한 채널 대역폭의 메가헤르츠당 전송되는 패킷들의 수로 측정된 전체 처리량(throughput)을 낮추게 한다. 게다가, 최상의 에러 성능을 획득하기 위해서는 일반적으로 상대적으로 큰 블록 사이즈가 고성능 알고리즘에 대해 사용되어야 한다. 따라서, 이러한 에러 정정 알고리즘의 구현은 상기 완전한 블록이 디코딩되기 전에 수신기에 제공되어야만 한다는 점에서 잠복(latency)을 초래한다. 게다가, 상기 순방향 에러 정정 처리를 통해 복원될 수 없는 에러가 탐지되면, 블록이 재전송되는 동안 추가적인 잠복들이 초래된다.
본 발명은 고성능 코딩을 가능케 하는 멀티플렉서된 CDMA 채널에서의 순방향 에러 정정에 관한 것이다.
도1은 휴대용 데이타 처리 장치가 본 발명에 따라 네트워크를 연결하기 위해 프로토콜 컨버터를 사용하는 시스템의 블록 다이아그램이다.
도2는 프로토콜 컨버터 및 다중 채널 송수신기의 구조를 보여주는 블록 다이아그램이다.
도3은 송신기에 위치하는 프로토콜 컨버터에 의해 어떻게 네트워크 계층 프레임들이 세그먼트들로 분할되는지를 보여주는 다이아그램이다.
도4는 개별 세그먼트들의 상세 다이아그램으로서 어떻게 다중 세그먼트들이 순방향 에러 정정 블록으로 조립될 수 있는지를 보여주는 도이다.
도5는 수신기의 프로토콜 컨버터가 어떻게 네트워크 계층 프레임들을 재조립할 수 있는지를 보여주는 다이아그램이다.
도6은 본 발명을 구현하기 위해 송신기에 위치하는 프로토콜 컨버터에 의해수행되는 일련의 단계를 보여주는 도이다.
도7은 도6의 연속이다.
도8은 본 발명을 구현하기 위해 수신기에 위치하는 프로토콜 컨버터에 의해 수행되는 단계를 보여주는 다이아그램이다.
본 발명은 무선 통신 프로토콜 구현과 연관된 물리적 통신 계층 및 네트워크 통신 프로토콜 구현과 연관된 네트워크 계층 사이에 위치하는 프로토콜 컨버터를 사용하여 구현된다.
본 발명에서, 송신기 측의 프로토콜 컨버터는 우선 TCP/IP 프레임과 같은 네트워크 계층 프레임을 세그먼트로 언급되는 작은 부분들로 분리시킨다. 상기 세그먼트의 사이즈는 관측된 에러율에 따라 가변적인 길이를 갖는다. 예를 들어 선호되는 실시예에서 최소 세그먼트 사이즈는 2바이트이고 최대 세그먼트 사이즈는 512 바이트이다. 프레임에 걸친 모든 세그먼트들은 사이즈가 동일하다.
그리고 나서 수신단에서 프레임으로 재조립을 가능케 하기 위해 정보가 각 세그먼트들에 더해진다. 특히, 수신단에서 네트워크 계층 프레임을 재건할 때 세그먼트가 적절한 지점에 위치할 수 있도록 하기 위해 세그먼트 위치 번호가 더해진다.
이 지점에서, 상기 세그먼트들은 여기서 블록들로 언급되는 그룹들로 배열된다. 그리고 나서 순방향 에러 정정(FEC) 알고리즘이 전체적으로 블록에 적용된다. 선호되는 실시예에서, 블록은 1331 정보 비트들을 포함한다. 따라서, 1/3 레이트 코드를 사용하면, FEC 인코딩 처리는 4096 비트의 출력 FEC 블록을 제공한다.
바람직하게는 상기 프로토콜은 또한 총 요구되는 전송률에서 상기 인코딩된 FEC 블록들을 전송하기 위해 여기서 서브 채널로 언급되는 다중 물리 계층 접속을 이용한다. 그리고 나서 FEC 블록은 할당된 서브 채널들 사이에서 예를 들어 비트별로 분리된다. FEC 블록을 구성하는 비트들은 그리고 나서 서브 채널 상에서 전송된다. 이 경우, 출력 블록들이 서브 채널 상에서 전송되는 순서를 식별하기 위해 링크 시퀀스 식별기가 일반적으로 첨가될 수 있다.
반대 기능을 수행하는 프로토콜 컨버터를 포함하는 수신측에서 다양한 서브 채널 상에서 수신된 비트들은 우선 FEC 블록으로 조립된다. 그리고 나서 선호되는 실시예에서 4096 비트 블록인 FEC 블록은 여분 코드 비트들을 제거하고 에러 정정을 수행하기 위해 역 FEC 알고리즘으로 제공된다.
그리고 나서 FEC 디코딩 처리의 출력은 세그먼트들로 분할된다. 그리고 나서 각 세그먼트 내의 주기적 덧붙임 검사 정보가 비교되어 특정 세그먼트가 에러 상태로 수신되었는지 여부를 결정한다. 에러 상태로 수신되었다면, 에러 상태로 수신된 세그먼트의 재전송을 요구하는 요청이 이루어진다.
결국, 수신된 세그먼트들은 완전한 네트워크 계층 프레임으로 재조립된다.
송신단 및 수신단의 프로토콜 컨버터는 전체 처리량을 최적화하기 위해 관측된 수신 세그먼트 에러에 따라 세그먼트의 사이즈를 다이나믹하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 수신측에서 불량한 주기적 덧붙임 검사(CRC)를 갖는 세그먼트들은 버려지고 "불량" 세그먼트로 취급된다. 수신된 세그먼트들의 시퀀스 번호들을 추적함으로써 수신기는 특정 세그먼트, 즉 최종 양호한 세그먼트와 다음 양호한 세그먼트 사이의 시퀀스 번호를 갖는 세그먼트가 상실되었음을 결정할 수 있다. 그리고 나서 수신기는 시퀀스 번호에 의해 불량한 세그먼트의 재전송을 명확하게 요청할 수 있게된다. 이러한 소위 선택적 거절(reject) 특성은 수신기 및 송신기가 선택적으로 거절된 세그먼트들의 탤리(tally)로부터 에러 상태로 수신된 프레임의 수를 알 수 있도록 하여준다.
주어진 무선 채널 상에서 전송된 프레임들의 수 및 선택적 거절 명령들의 수로부터, 송신기는 그 채널에 대해 후에 전송되는 세그먼트들의 사이즈를 다이나믹하게 조절할 수 있게된다. 바람직하게는, 상기 세그먼트 사이즈는 정보를 전달하는데 성공적으로 사용되는 비트들의 수에 대한 총 전송 데이타 비트들의 수의 비에의존하는 공식에 기초하여 조절된다.
개별 세그먼트들이 아닌 한 그룹의 세그먼트들에 대한 순방향 에러 정정을 수행함으로써 채널 대역폭 할당이 최적화 될 수 있다.
본 발명은 특히 TCP/IP와 같은 패킷-지향 프로토콜을 사용하는 환경 하에서 유용하다. 하나의 데이타 스트림을 전송하는데 필요한 채널의 수가 효율적으로 변화될 수 있기 때문에, 버스트(burst) 레이트 역시 효율적으로 적응될 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 장점들은 하기의 도면을 참조하여 실시예를 통해 상세히 설명될 것이다.
도면을 보면, 도1은 본 발명에 따라 고속 데이타 통신 서비스를 제공하는 시스템(10)의 블록 다이아그램이다. 상기 시스템(10)은 원격 가입자 유닛(20), 다중 쌍방향 통신 링크(30), 및 로컬 또는 서비스 제공자 유닛(40)으로 구성된다.
가입자 유닛(20)은 휴대 또는 랩톱 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기 등과 같은 단말 장치(12)와 연결된다. 가입자 유닛(20)은 차례로 데이타를 다중 채널 디지탈 송수신기(26) 및 안테나(27)로 제공하는 프로토콜 컨버터(25)를 포함한다.
상기 프로토콜 컨버터(25)는 컴퓨터(12)로부터 데이타를 수신하고, 적절한 하드웨어 및/또는 소프트웨어와 함께 데이타를 예를 들어 공지된 통신 표준에 따른 적합한 전송 포맷으로 전환한다.
프로토콜 컨버터(25)는 본 발명에 따라 데이타를 다중 채널 송수신기(26)에 의한 사용에 적합한 포맷으로 전환하는 중간 프로토콜 계층을 구현한다. 하기에서 상세히 설명되겠지만, 네트워크 계층에서 프로토콜 컨버터(25)에 의해 제공된 데이타는 바람직하게는 TCP/IP와 같은 적절한 네트워크 통신 프로토콜들과 일치하는 방식으로 포맷되어 단말 장치(12)가 인터넷과 같은 네트워크 상에서 다른 컴퓨터와 접속할 수 있게 하여준다. 이러한 프로토콜 컨버터(25) 및 프로토콜들의 설명은예시적일 뿐이며, 다른 네트워크 프로토콜들이 사용될 수도 있다.
다중 채널 디지탈 송수신기(26)는 예시된 무선 채널(30)과 같은 하나 또는 그 이상의 물리적 통신 링크들로의 접속을 제공한다. 바람직하게는 상기 물리적 링크들은 주어진 무선 채널(30) 또는 서브 채널(31)에서 다중 트래픽을 제공하는 코드 분할 다중 접속(CDMA)과 같은 공지된 디지탈 다중화 기술을 사용하여 추가로 인코딩된다. 다른 무선 통신 프로토콜들도 역시 사용 가능하다.
1.25 MHz의 대역폭을 갖는 하나의 광대역 CDMA 캐리어 채널(30)에 다중 코딩된 서브 채널을 제공함으로써 통신 채널들이 구현될 수도 있다. 그리고 나서 개별 채널들은 독자적인 CDMA 코드들에 의해 정의된다. 대안적으로, 다른 무선 통신 프로토콜에 의해 제공되는 단일 채널 물리적 통신 매체에 의해 다중 채널(31)들이 제공될 수도 있다. 중요한 것은 각 무선 채널(30)에 고유한 중대한 비트 에러율에 의해 서브 채널들(31)이 악 영향을 받을 수 있다는 것이다.
서비스 제공자 장치(40)는 안테나(42), 다중 채널 송수신기(46), 프로토콜 컨버터(45), 및 모뎀, 브릿지, 게이트웨이, 라우터등과 같이 인터넷(49) 또는 다른 네트워크와의 접속을 제공하기 위해 필요한 다른 인터페이스 장치(48)를 포함한다.
서비스 제공자(40)에서, 다중 채널 송수신기(46)는 가입자 유닛의 다중 채널 송수신기(26)와 유사한 기능을 제공하지만, 역방식이다. 프로토콜 컨버터(45)도 마찬가지이며, 즉 프로토콜 컨버터(45)는 가입자 유닛(20)의 프로토콜 컨버터(25)의 역 기능성을 제공한다. 데이타는 TCP/IP 프레임 포맷에서 프로토콜 컨버터(45)로부터 수신되고, 그리고 나서 인터넷(49)과 통신된다. 나머지 장치들(40)의 구성은 근거리 통신망, 다중 다이알 업 연결, T1 캐리어 접속 장치, 또는 인터넷(49)과의 고속 통신 링크와 같은 다양한 형태들을 가질 수 있음을 주목하여야 한다.
이제 프로토콜 컨버터(25,45)를 자세히 살펴보면, 이들은 다중 채널 송수신기(26)와 함께 사용되는 CDMA 프로토콜에 의해 제공되는 물리 계층 및 단말 장치(12) 및 네트워크(49) 사이의 연결을 제공하는 TCP/IP와 같은 네트워크 계층 프로토콜 사이에 구현되는 대역폭 관리 기능(29)을 제공한다.
대역폭 관리 기능(29)은 물리 계층 및 네트워크 계층 접속이 다중 통신 링크(30) 상에서 적절하게 유지되도록 하기 위해 많은 일들을 수행한다. 예를 들어, 어떤 물리 계층 접속은 어느 단의 단말 장치가 실제로 전송할 데이타를 가지고 있는지 여부와 관계없이 연속적인 동기 데이타 비트 스트림을 수신할 것을 기대할 수 있다. 이러한 기능은 레이트 적응, 링크 상에서 다중 채널들의 본딩(bonding), 스푸핑(spoofing), 무선 채널 설정 및 테어다운(teardown)을 포함할 수도 있다. 다중 채널 송수신기(26)에 의해 사용되는 ISDN 단말 장치(22) 및 코드 분할 다중 접속(CDMA) 기술들을 위한 프로토콜 컨버터 구현에 대한 상세한 내용들은 계류중인 특허 출원, 출원번호 08/992,759, 출원일 1997,12,17, 제목 "A Protocol Conversion and Bandwidth Reduction Technique Providing Multiple nB+D ISDN Basic Rate Interface Links Over A Wireless Code Division Multiple Acess Communication System" 에 제시되어 있고, 이는 본 발명의 양도인에게 양도되고 본 명세서에 의해 참조된다.
본 발명은 특히 비트 에러율이 빈번한 환경 하에서 송신기 및 수신기 사이의효과적인 처리율을 개선하기 위해 다중 무선 채널(30)의 각 다중 논리 서브 채널들(31-1,31-2,...,31-n)을 구현하면서 전송된 데이타 포맷을 위해 프로토콜 컨버터(25,45)에 의해 사용되는 기술과 관련된다. 여기에서 논의된 접속들은 양방향성이고, "송신기"는 가입자 유닛(22) 또는 서비스 제공자 유닛(40) 어느 것도 가능함을 이해하여야 한다.
게다가, 여기서 기술된 "에러"는 네트워크 계층과 같은 상위 계층에서 인지된 비트 에러이다. 본 발명은 단지 전체 시스템 수준의 비트 에러율만을 개선하려고 할뿐이고, 절대적인 데이타 보전성(integrity)를 보장하고자 하려는 것은 아니다.
이제 도2를 보면, 본 발명에 따라 구현된 순방향 링크 및 역방향 링크의 상세한 블록 다이아그램이 제시되고, 특히 가입자측 유닛과 연관된 프로토콜 컨버터(25) 및 다중 채널 송수신기(26)와 서비스 제공자 유닛(40)과 연관된 다중 채널 송수신기(46) 및 프로토콜 컨버터(45)를 제시하고 있다.
다이아그램의 하위 부분인 역방향 링크, 즉 가입자 유닛(20)으로부터 서비스 제공자 유닛(40)으로의 전송 방향을 우선 살펴보면, 역방향 링크 프로토콜 컨버터(25)는 버퍼(61), 세그먼트 프레임어(62), 및 순방향 에러 정정 유닛(FEC)(63)으로 구성된다. 다중 채널 송수신기(26)는 유사 잡음(PN) 코드 발생기(64), 변조기(65), 및 무선 주파수(RF) 업 컨버터(66)로 구성된다. 버퍼(61)는 추가로 상세히 설명될 방식으로 입력 데이타를 수신한다. 세그먼트 프레임어(62)는 버퍼로부터 수신된 데이타를 적절한 포맷으로 배열하고 FEC 유닛(63)으로 전달된다. FEC 유닛(63)은 리드 솔로몬, 터보 코드, 또는 다른 코드들과 같은 공지된 에러 정정 기술을 이용하여 상기 데이타에 순방향 에러 정정 알고리즘을 적용한다.
이경우 송수신기(26)는 송신기로서 작용하여 출력 데이타를 PN 시퀀스로 확산시키고, PN 확산 데이타를 지정된 서브 채널(31) 마다 적절한 채널 코딩을 가지고 변조하며, 그 결과를 요구되는 무선 주파수로 업 컨버트한다.
역방향 링크 수신단, 즉 서비스 제공자(40)측에서 송수신기(46)는 수신 기능을 수행한다. 이 경우, RF 다운 컨버터(71)는 각각 등화기(72), PN 코드 역확산기(73), 및 복조기(74)를 포함하는 다중 수신 유닛을 공급한다. 각각 복조된 출력은 FEC 디코더(75), 역 세그먼트 프레임어(76), 및 버퍼(77)를 포함하는 프로토콜 컨버터 블록으로 제공된다. 제어기(78)는 아래에서 상세히 제시되는 각각의 프로토콜 컨버터 기능들을 제어 및/또는 구현하기 위해서 사용될 수 있다.
선호되는 실시예에서, FEC 디코더(75)는 소위 격자(trellis) 디코더를 이용한다. 격자 디코더는 정확한 수신 비트들을 추정하기 위해 그룹형태의 다중 비트들을 비교하는 디코더 타입이기 때문에, 격자 디코더가 에러들을 산출하면, 에러들은 그룹들로 발생하는 경향이 있다.
유사한 기능들이 순방향 링크에 제공될 수 있다. 이 경우, 프로토콜 컨버터(45)는 입력 데이타를 수신하고, 그 데이타를 버퍼(61), 세그먼트 프레임어(62), 및 FEC 유닛(63)을 통해 처리한다. 송수신기(46)는 다중 서브 채널(31)에 대해 전송 기능을 수행하고, 다중 확산기(64), 변조기(65), 및 RF 업 컨버터(66)를 포함한다.
순방향 링크의 수신측에서, RF 다운 컨버터(71), 등화기(72), 역확산기(73), 그리고 각 채널들에 대한 채널 확산기(79) 및 복조기(74)에 의해 역처리가 제공된다. 순방향 에러 정정 유닛(75), 세그먼트 프레임어(76), 및 버퍼(77)는 프로토콜 컨버터(25)의 구현을 달성한다.
이제 도3을 살펴보면, 송신측에서 예시적인 프로토콜 컨버터(25)의 동작이 간단하게 기술된다. 제시된대로, 네트워크 계층으로부터 수신된 입력 프레임(80)은 TCP/IP 프로토콜의 경우 예를 들어 길이가 1480 비트로서 상대적으로 크다.
입력 프레임(80)은 우선 작은 조각들 셋 또는 세그먼트(81-1,81-2)들로 분할된다. 각 세그먼트(81)의 사이즈는 각 채널들(30)에 대해 결정된 최적 세그먼트 길이에 따라 선택된다. 예를 들어, 대역폭 관리 기능은 임의의 시간에 단지 일부 서브채널들(31)만을 이용할 수 있다. 이용 가능한 서브 채널들(31)의 서브셋이 선택되고, 그리고 나서 각 서브 채널 상에서 전송될 각 세그먼트에 대한 최적 비트들의 수가 선택된다. 따라서 도면에서 제시되듯이, 주어진 프레임(80)은 4개의 서브 채널들(31)과 연관된 세그먼트들로 분할될 수 있다. 이후에, 세그먼트(81-2)에 대한 상이한 최적 세그먼트 사이즈를 가지고, 프레임에 이용 가능한 9개의 서브 채널들(31)이 존재할 수 있다.
따라서 최적 서브프레임의 사이즈는 각 채널에 대해 상기에서 언급된 계류중인 특허 출원에서 제시된 파라미터들에 따라 결정될 수 있다. 선호되는 실시예에서, 이는 다음과 같이 설정된다.
X=-H +
여기서 H는 프레임 오버헤드 바이트들이고, 서브 프레임들 사이의 공유 프레임 동기 플레그들(7e)를 포함하며, XC는 서브 프레임에 지정된 데이타 바이트들의 현재 데이타 바이트들이고, HC는 현재 프레임 오버헤드이며, R 은 관측된 서브 프레임 에러율이다.
선호되는 실시예에서, 상기 세그먼트 사이즈는 비록 절대적 요구사항은 아니지만 오버헤드를 최소화하기 위해 각 관련 무선 채널(30)과 연관된 세그먼트들(81)과 동일하다.
프레임(80)이 세그먼트들(81)로 분할된 후에, 각 세그먼트들은 그에 첨부된 부가 정보를 가진다. 예를 들어, 각 세그먼트들(81)은 적어도 위치 식별기(82a) 및 주기적 덧붙임 검사(CRC) 형태와 같은 보전성 검사합(82b)으로 구성된다. 위치 식별기(82a)는 관련된 큰 프레임(80) 내의 각 세그먼트(81)의 위치 정보를 제공한다. 보전성 검사합(82b)은 특정 세그먼트(81)가 에러 상태로 수신되었는지 여부를 수신기가 결정할 수 있도록 하여준다.
그리고 나서 상기 세그먼트들(81)은 추가로 각 서브 채널(31) 상에서의 전송을 위해 준비된다. 특히, 상기 세그먼트들(81)은 블록들(86)들로 그룹화된다. 각 블록(86)에서 세그먼트들의 수는 적용되는 순방향 에러 정정(63,75)에 따라 편리한 수로 선택된다. 예를 들어, 선호되는 실시예에서, 순방향 에러 정정 블록(86)은 총 1331 비트의 충분한 세그먼트들(81)로 구성된다. 적용되는 FEC 알고리즘이 1/3 레이트 코드이면, 이는 길이 4096 비트의 FEC 블록을 초래한다. 마지막으로, FEC블록(86)은 특정 접속에 할당된 서브 채널들(31) 사이에서 분할되고 전송된다.
도4는 세그먼트(81)의 포맷을 상세히 보여주는 도이다. 세그먼트(81)는 이전에 언급된 위치 필드(82a) 및 CRC 필드(82b)를 포함하는 많은 필드들로 구성된다. 다른 필드들 역시 예시적 세그먼트(81)에 제시된다. 특히, 큰 입력 프레임(80)으로부터 취해진 관련 소스 데이타를 전송하는 데이타 필드(82c)가 존재한다. 이러한 데이타 필드(82c)는 가변 사이즈를 가지고 관측 에러율에 의해 규정된 최적 파라미터들에 따라 변경될 수 있다. 선호되는 실시예에서, 데이타 비트들의 수는 관측된 에러율에 따라 주어진 세그먼트(81)에서 2에서 512까지 변할 수 있다. 이전에 언급되었듯이, 주어진 입력 프레임(80)에 걸쳐있는 모든 세그먼트들은 동일한 사이즈로 선택되고, 예를 들어 그들은 동일한 사이즈의 데이타 필드(82c)를 가진다.
게다가, 주어진 입력 프레임이 다중 서브 채널(31) 상에서 전송될 동안, 주어진 입력 프레임은 주어진 무선 채널(30) 상에서 전송될 세그먼트들로 분할된다.
게다가, 프레임 오프셋 필드(82d)는 프레임들 중 어떤 프레임이 각 세그먼트(81)에 관련되는지를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 프레임 오프셋 필드는 시스템에서 연루된 잠재(latency)로 인해 특히 유용하다. 특히, 세그먼트(81)들은 반드시 그들이 전송된 순서대로 수신기에 도착할 것을 보장할 필요는 없다. 게다가, 특정 세그먼트(81)들이 에러 상태로 수신되면, 재전송을 요청하는 것이 필요할 수도 있다. 따라서, 한 블록보다 많은 블록과 연관된 세그먼트들(81)은 주어진 시간에서 수신기에서 작동될 필요가 있다는 것이 가능하다. 따라서, 프레임 오프셋 필드(82d)는 각 세그먼트(81)가 어떤 큰 프레임(80)에 속하는가를 수신기가 구별할 수 있도록 하여준다.
코드 시퀀스 필드(82e)는 각 프레임 시작에서 각 서브 채널(31)과 관련된 시퀀스 번호를 식별하기 위해 사용될 수 있다. 이는 세그먼트들(81)을 보다 효율적으로 전달하는 낮은 차수의 채널 처리를 가능케 한다.
마지막으로, 메세지 데이타 필드(82f)는 세그먼트(81)가 소스 데이타, 즉 활성 트래픽 데이타 또는 의도된 수신을 위한 제어 정보를 포함하고 있는지 여부를 식별하기 위해 사용될 수 있다.
도5는 수신측에서 수행되는 연산을 예시한다. 다중 서브 채널들(31)로부터 수신된 데이타 비트들은 FEC 블록(86)을 재건하기 위해 우선 수집된다.
다음으로, 에러 정정 코딩을 사용하여 하나 또는 그 이상의 비트들을 탐지 및 정정하기 위해 FEC 알고리즘이 적용된다. 그에 따른 정보는 알려진 세그먼트 사이즈를 사용하여 세그먼트들(81)로 분할된다. 그리고 나서 세그먼트들(81)은 검사되고 상기 큰 프레임(80)을 재건하기 위해 위치 필드(82)가 사용된다. 따라서 상실된 모든 세그먼트들(81)은 수신된 위치 필드(82a)를 비교함으로써 탐지될 수 있다. 특정 위치의 프레임의 시퀀스 위치 필드 또는 특정 시퀀스 번호(82e)가 상실되면, 관련된 세그먼트(81)는 수신되지 않은 것으로 가정한다. 세그먼트들(81)을 올바르게 수신하고 어떤 세그먼트들이 상실되었는지를 결정하기 위해 일반적으로 적절한 데이타 버퍼링이 요구된다는 것을 이해하여야 한다. 버퍼 사이즈는 전송 속도, 채널들(31)의 수, 및 전파 지연에 의존할 것이다.
상실된 세그먼트(81)가 탐지되면, 상실 세그먼트(81)의 재전송이 수신기에 의해 요청된다. 이 지점에서, 송신기는 상실 세그먼트(81)의 전송을 재수행한다. 특정 큰 프레임(80)의 모든 세그먼트들(81)이 수신되면, 원래의 큰 프레임(80)을 정확하게 재건하기 위해 상기 세그먼트들(81)로부터 데이타를 배열하는데 위치 정보(82a)가 사용될 수 있다.
이 지점에서, 큰 프레임(80)의 일부분이 여전히 상실된 경우, 예를 들어 프레임 명령의 끝단이 상실된 경우, 상실된 부분의 길이를 규정하면서, 표시된 위치에서 상응하는 세그먼트(81)의 재전송이 요청될 수 있다.
위치 필드(81a) 및 시퀀스 필드(82e)의 사용으로 인해, 송신기 및 수신기는 에러 없이 수신된 서브 프레임(81)의 수에 대한 에러 상태로 수신된 서브 프레임(81) 수의 비율을 알 수 있다. 또한 수신기 및 송신기는 각 채널에 대한 평균 서브 프레임 길이를 알 수 있다.
도6은 본 발명을 구현하기 위해 송신기에 의해 수행되는 연산들 셋을 상세히 보여주는 흐름도이다. 제1 단계(100)에서, 큰 프레임(80)이 네트워크 계층과 같은 상위 통신 계층으로부터 획득된다. 다음 단계(102)에서, 송신기는 각 서브 채널(81)에서 프레임 에러율의 과거 관측으로부터 최적 세그먼트 사이즈를 계산하고 바람직하게는 모든 이용 가능한 통신 채널에 대한 최적 세그먼트 사이즈를 계산한다.
다음 단계(104)에서, 네트워크 계층 프레임(80)은 이용 가능한 각 관련 서브 채널에 대한 최적 사이즈에 따라 적합한 수의 세그먼트들(81)로 분할된다. 이러한분할은 또한 이용 가능한 서브 채널 추정 처리량에 의존한다. 그리고 나서 세그먼트들의 리스트가 만들어진다.
다음 단계(106)에서, 각 세그먼트에 위치 식별기 및 주기적 덧붙임 검사(CRC) 코드가 더해진다. 그리고 나서 위에서 기술되었듯이, 큰 프레임(80) 내의 위치 식별기 오프셋이 첨가되어 수신단에서의 상기 프레임(80)을 재건할 때 세그먼트(81)의 정확한 위치를 제공하게 한다.
다음으로, FEC 블록(86)은 다중 세그먼트(81)들로부터 조립된다. 그 후, 단계(108)에서, FEC 블록(86)은 디멀티플렉스되고 FEC 블록의 비트들은 각각 다중 서브 채널들(31)들 중 하나에 지정된다.
송신기가 수신기에서 상실된 세그먼트(81)에 대한 재전송 요청을 수신하면, 이용 가능한 통신 서브 채널들(31)에 대한 관측된 프레임 평균으로부터 최적 세그먼트 사이즈가 계산되는 단계(110)로 진행한다. 그리고 나서 상기 세그먼트 리스트는 단계(112)에서 재전송을 위한 세그먼트를 재대기(requeue)하기 위해 사용된다. 그리고 나서 상실된 세그먼트(81)의 재전송을 위해 단계(108)에서 처리가 계속된다.
도7은 송신기에서 수행되는 나머지 단계들을 보여준다. 단계(114)에서, 관련 채널 시퀀스 번호가 각 세그먼트(81)에 더해진다. 다음 단계(116)에서, "7E" 형태의 플레그들과 같은 세그먼트 분리기들은 상기 세그먼트들에 삽입된다. 게다가, 5개의 제로 시퀀스 후에 강제적으로 데이타 비트를 1로 설정하는 제로 삽입이 수행된다. 다른 동기화, 분리, 및 코딩 기술들은 이 지점에서 비트들이 세그먼트들(81) 내로 삽입되는 것을 필요로 할 수도 있다. 예를 들어, 주어진 채널(30)이 IS-95 표준에 의해 규정된 컨벌루션 코딩을 사용할 수도 있고, 그러하다면, 컨벌루션 코딩이 여기서 사용된다.
다음 단계(118)에서, 상기 세그먼트들(81)은 이용 가능한 채널들(31) 상에서 전송된다. 논리적 시작, 논리적 끝 및 다른 제어 프레임들과 같은 비-데이타 프레임들 역시 이 지점에서 삽입될 수 있다.
마지막 단계(120)에서, 송신기는 세그먼트 재전송 요청 또는 큰 프레임이 정확하게 수신되었다는 긍정 응답을 기다린다. 예를 들어, 이 지점에서 프레임 전송의 완료 전에 또 다른 프레임 전송이 개시될 수도 있다.
도8은 수신기에서 수행되는 일련의 단계들을 상세히 보여주는 도이다. 제1 단계(200)에서, 수신된 FEC 프레임(86)은 다중 서브 채널들(31)로 부터 취해진 비트 스트림들로부터 조립된다. 다음 단계(201)에서, FEC 프레임은 현재의 세그먼트 사이즈에 따라 세그먼트들(81)로 분할된다.
다음 단계(202)에서, 서브 프레임들(81)이 검사된다. 양호한 CRC를 갖는 세그먼트는 다음 단계(203)로 진행된다. 그렇지 못한 세그먼트는 버려진다.
계속되는 단계(203)에서, 수신기는 상실된 시퀀스 번호들을 결정한다. 그리고 나서 송신기에 재전송 요청을 전송함으로써 시퀀스 번호에 따라 상실된 부분들에 대한 세그먼트(81)의 재전송을 요청한다.
다음 단계(204)에서, 위치 식별기 및 각각 원래의 큰 프레임(80)의 알려진 길이로부터 수신기는 원래의 프레임(80) 재건을 시도한다. 단계(206)에서, 재전송요청이 모두 처리된 후에도 여전히 프레임(80)의 일부가 상실된 상태로 있으면, 이는 재전송 요청 자체가 상실될 수도 있다는 사실을 제공하며, 수신기는 위치 및 사이즈에 의해 큰 프레임(80)의 상실 부분을 요청한다.
단계(208)에서, 일단 프레임(80)이 완전하게 수신되면, 긍정 응답이 송신기로 전송된다.
에러 정정 인코딩에 앞서 서브 채널 세그멘테이션 단계를 우선 적용함으로써, 재전송될 필요가 있는 데이타량을 최소화하면서 유용한 에러 정정 코드가 획득된다. 특히, 격자-구현된 FEC 디코더(75)의 출력 비트 에러들은 집단적으로 발생하는 경향이 있기 때문에, 상기 에러들은 하나의 세그먼트(81)에만 영향을 미치는 경향이 있다.
본 발명은 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당업자는 첨부된 청구항에 의해 정의된 본 발명의 영역 및 사상을 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능함을 잘 이해할 것이다. 당업자는 여기서 기술된 본 발명의 특정 구현의 다양한 등가물을 일상적인 실험만으로 확인할 수 있을 것이다. 이러한 등가물들은 청구항의 영역에 포함된다.

Claims (12)

  1. 송신기 및 수신기 사이에서 하나 또는 그 이상의 통신 채널을 통해 데이타를 통신하는 방법으로서, 상기 데이타는 프레임 형태로 제공되고, 상기 방법은
    송신기에서
    (a) 최적 세그먼트 사이즈에 따라 상기 프레임을 세그먼트들로 분할하는 단계;
    (b) 다중 세그먼트들을 세그먼트 블록으로 결합하는 단계;
    (c) 순방향 에러 정정 블록을 형성하기 위해 상기 세그먼트 블록에 순방향 에러 정정 인코딩 처리를 적용하는 단계; 및
    (d) 통신 채널을 통해 상기 순방향 에러 정정 블록을 전송하는 단계를 포함하며,
    수신기에서
    (e) 수신 블록을 형성하기 위해 상기 순방향 에러 정정 블록에 순방향 에러 정정 디코딩을 적용하는 단계;
    (f) 상기 수신 블록을 세그먼트들로 분할하는 단계;
    (g) 어떤 세그먼트들이 에러 상태로 수신되었는지를 결정하는 단계; 및
    (h) 에러 상태로 수신된 세그먼트만의 재전송을 요청하는 단계를 포함하는 데이타 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    송신기에서
    (i) 수신기에서 에러 상태로 수신된 세그먼트들을 식별하기 위해 검사합(checksum)을 상기 세그먼트들에 삽입하는 단계를 추가로 포함하는 데이타 통신 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계(b)는 송신기에서
    (j) 프레임 내의 세그먼트의 위치를 식별하기 위해 위치 번호를 상기 세그먼트들에 삽입하는 단계를 추가로 포함하는 데이타 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계(d)는 다중 개별 통신 채널들 상에서 상기 순방향 에러 정정 블록을 전송하는 것을 추가로 포함하는 데이타 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    수신기에서
    (k) 에러 상태로 수신된 세그먼트들의 수를 결정하는 단계; 및
    (l) 채널 상에서 통신이 시도된 상기 에러 상태 수신 세그먼트들의 수에 따라 상기 통신 채널에 가장 적합한 세그먼트의 사이즈를 결정하는 단계를 포함하는데이타 통신 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 단계들 (k) 및 (l)은 추가로 각 채널에서 에러율을 결정하는 단계 및 각 채널 개별적으로 최적 세그먼트들의 수를 결정하는 단계를 포함하는 데이타 통신 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 단계(k)는 송신기에서 만들어진 선택적 거절 명령들의 수를 카운트함으로써 수신기에서 에러 상태로 수신된 세그먼트들의 수를 결정하는 데이타 통신 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단계(k)는 정확하게 수신된 세그먼트들의 수에 대한 에러 상태로 수신된 세그먼트들의 수의 비율에 따라 최적 프레임들의 수를 결정하는 데이타 통신 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단계(k)는 다음 공식;
    X=-H +
    으로부터 프레임의 조정된 데이타 바이트들의 수를 결정하는 단계를 추가로 포함하며, 여기서 XCURRENT는 프레임의 현재 데이타 바이트의 수이고, HCURRENT는 바이트들의 현재 프레임 오버헤드이고, H는 바이트들의 프레임에 대한 새로운 오버헤드이며, R은 정확하게 수신된 세그먼트에 대한 에러 상태로 수신된 세그먼트들의 비율인 데이타 통신 방법.
  10. 디지탈 신호들의 무선 통신을 제공하는 방법으로서, 상기 디지탈 신호들은 복수의 무선 가입자 유닛 및 기지국 사이에서 통신되고, 상기 디지탈 신호들은 적어도 하나의 무선 주파수 채널을 사용하여 코드 분할 다중 접속(CDMA) 변조된 무선 신호를 통해 통신되며, 상기 디지탈 신호들은 주어진 공칭 데이타율을 가지고 있으며, 상기 방법은
    (a) 각 CDMA 무선 채널 내에 복수의 서브 채널을 제공하는 단계로서, 각 서브 채널의 데이타율은 상기 디지탈 신호들의 공칭 데이타율 보다 작은 단계;
    (b) 가입자 유닛과 연결된 단말 장치 및 기지국과 연결된 다른 단말 장치 사이에 네트워크 계층 세션을 설정하는 단계;
    (c) 네트워크 계층 세션동안, 필요에 따라 주어진 세션기간동안 변화하는 할당된 서브 채널의 수로 이용 가능한 서브 채널들의 수를 할당하는 단계;
    (d) 최적 세그먼트 사이즈에 따라 네트워크 계층 프레임을 세그먼트들로 분할하는 단계;
    (e) 다중 세그먼트들을 세그먼트 블록으로 결합하는 단계;
    (f) 순방향 에러 정정 블록을 형성하기 위해 순방향 에러 정정 인코딩 처리를 상기 세그먼트 블록에 적용하는 단계;
    (g) 수신기에서, 상기 순방향 에러 정정 블록을 디코딩하고, 다시 세그먼트들로 분할하는 단계; 및
    (h) 에러 상태로 수신된 세그먼트만의 재전송을 요청하는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서
    (i) 서브 채널들 상에서의 통신이 시도된 에러 상태 수신 세그먼트들의 결정된 수에 따라 상기 서브 채널에 대한 최적 세그먼트 사이즈를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 단계(i)는 채널의 프레임 사이즈를 다이나믹하게 조절하는 단계를 추가로 포함하여 프레임 오버헤드 및 재전송을 포함하는 정보를 전달하기 위해 실제로 사용된 비트들의 수에 대한 실제 전송 데이타의 비율에 따라 전체 시스템의 효과적인 처리량을 최적화하는 방법.
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