KR20090061561A - 랜덤 선형 부호화를 이용하는 통신방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선접속 시스템에 관한 것으로서, 랜덤 선형 부호화를 이용한 통신방법에 관한 것이다. 본 발명은 송신단으로부터 랜덤 선형 부호화된 제 1 코드블록들을 수신하는 단계와 제 1 코드블록들을 채널상태에 따라 결정되는 결정거리를 이용하여 복조하는 단계와 제 1 코드블록에 대해 결정거리를 이용하여 오류 여부를 판단하고, 오류가 발생한 경우 오류가 발생한 코드블록의 개수에 대한 정보를 수신확인부정 신호에 포함시켜 상기 송신단으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명을 이용하면 채널환경에 따라 블록 오류율을 조절할 수 있으므로, 수율을 개선할 수 있다.

랜덤 선형 부호화, 랜덤계수, 결정거리, 채널상태, NACK

Description

랜덤 선형 부호화를 이용하는 통신방법 및 장치{Method and Apparatus of communication using Random Linear Coding}

본 발명은 무선접속 시스템에 관한 것으로서, 랜덤 선형 부호화를 이용한 통신방법에 관한 것이다.

이하 데이터 통신에서 사용되는 일반적인 변조(Modulation)기술에 대하여 간략히 설명한다.

변조란 신호 정보를 전송매체의 채널 특성에 맞게끔 신호(정보)의 세기나 변위, 주파수 또는 위상 등을 적합한 형태로 변환하는 것을 말한다. 신호 정보를 전송매체에 알맞은 변조방식을 이용하여 변조하면, 신호 정보를 장거리로 전송할 수 있다.

데이터를 변조하게 되면, 넓은 주파수대역에 걸쳐서 변조를 수행할 수 있으므로 여러 채널을 구성할 수 있다. 또한, 변조시 주파수를 높임에 따라 안테나 길이 단축할 수 있다. 또한, 변조시 필터링 또는 증폭과 같은 설계 요구사항을 충족할 수 있다. 즉, 변조란 데이터를 담은 신호를 전송 채널에 알맞은 파형으로 변환하는 과정이다.

위상편이(PSK: Phase Shift Keying) 변조란 디지털 신호의 정보에 따라 반송파 위상(Phase)을 변화시키는 변조 방식이다. PSK 파형은 일정한 진폭(포락선)을 갖는 파형이므로, 전송로 등의 레벨변동에 영향을 덜 받으며, 심볼 오류(Symbol Error)에 대한 면역성이 우수하다. 또한, 피변조파가 양측파대 신호이므로 타이밍 및 주파수 정보를 모두 갖고 있다. 따라서, 변복조 회로가 비교적 간단하다.

이진위상편이(BPSK: Binary PSK) 변조는 전송하고자 하는 두 값(예를 들어, 0 또는 1)의 전송 신호를 반송파의 동위상과 역위상에 대응시켜 전송하는 방식이다. 직교위상편이(QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) 변조는 두 값의 디지털 신호인 0과 1의 2비트를 모아서 반송파의 4 위상에 대응시켜 전송하는 방식이다.

직교진폭변조(QAM: Quadrature Amplitude Modulation)란 주로 고속의 디지털 변조에 사용하는 방식으로, 제한된 주파수대역에서 전송효율을 향상시키기 위해 반송파의 진폭과 위상을 동시에 조합하여 변조하는 방식(ASK 및 PSK를 결합)이다.

QAM 변조는 다치 변조(Multi-level modulation)라고도 불린다. 예를 들어, 16-QAM은 피변조파 1파 당 진폭 2값, 위상 8값을 각각 판별하게 하여, 총 2×8=2⁴=16 의 정보를 전달할 수 있다. 즉, QAM 변조는 위상변화의 단위를 π/6 씩으로 하여 1 주기를 전부 12개로 나누고, 이들 중 4개의 위상각에는 변조된 신호의 진폭을 두 값으로 달리 가질 수 있게 하여 총 16개의 정보를 표현하는 변조방식이다. 따라서, QAM 변조시 하나의 심볼 당 16개의 값을 식별하게 하고, 각 심볼에 4개의 비트가 대응된다.

QAM 변조는 진폭변조와 위상변조를 동시에 수행할 수 있다. 예를 들어, 동 일 주파수를 갖는 위상차가 90˚인 2개의 반송파(사인파 및 코사인파)의 각 성분(즉, I: 동위상 성분 및 Q: 직교 성분)을 진폭편이방식(ASK: Amplitude Shift Keying) 방식으로 변조하고, 이들을 합성하여 전송할 수 있다. 한편, QPSK의 경우에는 I 채널과 Q 채널로 단 2개의 크기 레벨(예들 들어, +1 및 -1) 만을 가지나, QAM에서는 다수의 크기 레벨(예들 들어, 4,6,8,10,...)을 가질 수 있다. 또한, 16 QAM은 4개의 크기 레벨을 갖는 4개의 위상 또는 2개의 크기 레벨을 갖는 8개의 위상 조합으로 구성될 수 있다.

다만, 일반적인 기술에서는 통신채널을 통해 전송되어 온 심볼 신호를 복원할 때 왜곡된 심볼(symbol)을 판단한다. 이때, 오류가 발생할 수 있음에도 불구하고, 복호기에서는 가장 최선의 방법으로 심볼을 판단하여 원래 신호로 복원한다. 이러한 경우, 한 패킷(packet) 내에서 몇 개의 비트에 오류가 발생하였는데도 불구하고 오류정정을 위해 패킷을 다시 수신해야 하는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 일반적인 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 랜덤 선형 코딩을 사용하여 신뢰성이 보장된 패킷의 전달 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 랜덤 선형 코딩을 변조기(modulator)의 엄격한 심볼 검출방법과 연동하여 오류가 발생한 비트만 검출할 수 있는 통신방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 무선망의 변조에 적응적으로 심볼 데이터를 오류없이 효율적으로 전송하는 방법을 제공하는 것이다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 무선접속 시스템에 관한 것으로서, 랜덤 선형 부호화를 이용한 통신방법에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 일 양태로서, 상기 본 발명은 송신단으로부터 랜덤 선형 부호화된 제 1 코드블록들을 수신하는 단계와 제 1 코드블록들을 채널상태에 따라 결정되는 결정거리를 이용하여 복조하는 단계와 제 1 코드블록에 대해 결정거리를 이용하여 오류 여부를 판단하고, 오류가 발생한 경우 오류가 발생한 코드블록의 개수에 대한 정보를 수신확인부정 신호에 포함시켜 송신단으로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 수신확인부정 신호는 변화된 채널상태에 대한 정보를 더 포함할 수 있 다.

또한, 상기 본 발명은 송신단으로부터 오류가 발생한 코드블록의 개수만큼 랜덤 선형 부호화된 제 2 코드블록을 수신하는 단계와 제 1 코드블록 및 제 2 코드블록을 이용하여 랜덤 선형 복호화하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 양태로서, (a) 송신단으로부터 랜덤 선형 부호화를 이용하여 코드블록들을 생성하고, 코드블록들을 변조하여 생성된 심볼들을 수신하는 단계와 (b) 상기 심볼들을 채널상태에 따른 결정거리를 이용하여 상기 코드블록으로 복조하고, 코드블록들을 랜덤 선형 복호화를 수행하여 복호화하는 단계와 (a) 및 (b) 단계에서 오류가 발생한 심볼 및 코드블록의 개수에 관한 정보 및 채널환경에 대한 정보를 포함하는 신호를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 또 다른 양태로서, 수신기는 송신기로부터 랜덤 선형 부호화된 제 1 코드블록들을 수신하고, 제 1 코드블록들을 채널환경에 따라 결정되는 결정거리를 이용하여 복조하는 제 1 복조모듈과 제 1 코드블록에 대해 결정거리를 이용하여 오류 발생 여부를 판단하고, 오류가 발생한 제 1 코드블록의 개수에 대한 정보를 수신확인부정 신호에 포함시켜 송신단으로 전송하는 제 2 복조모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 수신기는 송신기로부터 오류가 발생한 제 1 코드블록의 개수만큼 랜덤 선형 부호화된 제 2 코드블록을 수신하여, 제 1 코드블록 및 제 2 코드블록을 이용하여 랜덤 선형 복호화를 수행하는 디코더를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 실시예들을 이용하면, 송신단과 수신단 사이에서 랜덤 선형 부호화 방법을 사용하여 통신을 수행할 때, 채널의 환경에 따라 적응적으로 정보가공 및 해석을 할 수 있다. 이로써, 무선 구간에서 채널환경에 따라 블록 오류율을 조절할 수 있으므로, 수율(throughput)을 개선할 수 있다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 무선접속 시스템에 관한 것으로서, 랜덤 선형 부호화를 이용한 통신방법에 관한 것이다.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합되지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

본 명세서에서 본 발명의 실시예들은 기지국과 단말 간의 데이터 송수신 관계를 중심으로 설명되었다. 여기서, 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다.

즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국'은 고정국(fixed station), Node B, eNode B(eNB), 억세스 포인트(access point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말'은 UE(User Equipment), MS(Mobile Station), MSS(Mobile Subscriber Station) 등의 용어로 대체될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

본 발명의 실시예들에서는 랜덤 선형 부호화(RLC: Random Linear Coding) 방법을 사용하여 데이터를 부호화할 수 있다. 상기 랜덤 선형 부호화 방법은 블록 부호화 방법의 하나이다.

랜덤 선형 부호화 방법의 특징은, 각각의 부호화된 블록(coded block)들이 원본 블록집합(original block set)에 포함된 모든 블록들에 대한 정보를 포함할 수 있다는 것이다. 따라서, 일부 부호화된 블록이 송수신 도중에 유실되더라도 해당 부호화된 블록을 다시 수신할 필요없이, 다른 부호화된 블록을 수신하여 신속하게 데이터를 복원할 수 있다. 랜덤 선형 부호화 방법은 본 발명에서 예시하는 데이터 처리 방법을 정의한 용어에 불과하며, 상기 방법을 나타내는 용어는 다양하게 변형될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에서 RLC 코드블록(Coded Block)들은 변조방법에 따라 심볼(Synbol)로 나타낼 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예들에서는 코드블록과 심볼이라는 용어를 구분없이 사용할 수 있다. 다만, 기술적 사상의 명확화를 위해, 처음 입력된 데이터 버스트를 분할한 것을 데이터 블록이라 하고, 데이터 블록에 RLC를 적용하여 부호화한 것을 코드블록이라 하며, 코드블록에 변조방법을 적용한 것을 심볼이라 부르기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용할 수 있는 랜덤 선형 부호화 방법을 사용하 여 데이터 블록 집합들을 부호화하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 원본 데이터(original data)는 송신단의 상위계층으로부터 전달된 데이터(SDU: Service Data Unit)를 나타낸다. 송신단은 원본 데이터를 작은 블록(또는, 패킷) 들로 분할할 수 있다. 송신단은 분할된 블록들을 임의의 개수(n)로 묶어서 블록집합(또는, 세그먼트(segment))을 구성할 수 있다.

이때, 블록집합의 개수(n)는 통신망의 채널환경, 송신단과 수신단의 성능정보 및 응용 프로그램의 요구사항 등에 의해 결정될 수 있다. 또한, 송신단은 총 m개의 원본 블록집합을 구성할 수 있다.

송신단은 분할된 상기 데이터 블록들을 부호화(coding)하기 위한 랜덤계수 또는 랜덤계수행렬(random coefficient matrix, c_ji)을 생성한다. 송신단은 상기 분할된 데이터 블록들에 일정한 규칙에 따라 생성된 상기 랜덤 계수행렬(c_ji)을 이용하여 부호화할 수 있다.

송신단은 블록집합 단위로(예를 들어, 선택된 n개의 블록마다) 랜덤 선형 부호화 방법을 사용하여 부호화를 수행할 수 있다. 이때, n개의 부호화된 블록들의 집합을 부호화된 블록집합(coded block set)이라 부를 수 있다. 수신단은 선택된 개수(n) 만큼의 부호화된 블록들을 수신하면 복호화를 수행할 수 있다. 이하, 부호화된 블록집합은 코드블록집합으로, 부호화된 블록은 코드블록으로 부르기로 한다.

랜덤 선형 부호화 방법을 적용하여 생성된 각각의 코드블록들은 원본 블록집합에 포함된 모든 블록들에 대한 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 수신단에서 수신 한 코드블록들로부터 일련의 정보 블록을 복원하기 위해, n개의 코드블록들 및 데이터 각 블록을 부호화할 때 사용한 랜덤계수들이 필요하다.

송신단은 수신단이 데이터를 완전히 복호화할 때까지 새로운 랜덤계수들을 생성하고, 코드블록들을 만들어 수신단으로 전송한다. 이때, n개의 코드블록들은 부호화된 순서대로 전달될 필요가 없으며, 각각의 코드블록들은 독립적(independent)이다.

다음 수학식 1은 원본 블록 집합(

)을 부호화하여 생성되는 코드블록 집합(

)을 생성하는 방법의 일례를 나타낸다.

수학식 1에서

를 계수행렬이라 하고, 이는 원본 블록집합(

)을 조합하는 방법을 나타낸다. 계수행렬(

)을 생성하는 방법은 다음과 같다.

랜덤 선형 부호화 방법에서 사용되는 계수행렬(

)은 송신단 또는 송신단과 수신단이 일정 범위에서 결정한 난수(random number)를 이용하여 생성될 수 있다. 난수란, 송신단이 또는 송신단과 수신단이 협의를 통해 일정 범위(예를 들어, 0~255)의 수를 정하고, 상기 일정 범위의 수에서 무작위로 추출한 수를 말한다. 또한, 송신단 및 수신단은 랜덤계수를 생성하는데 필요한 시드(seed) 값을 공유하여 계수행렬(

)을 생성할 수도 있다. 이때, 계수행렬의 사이즈는 n×n으로 정의될 수 있다.

다음 수학식 2는 상기 수학식 1을 다른 표현 방법으로 나타낸 것이다.

수학식 2에서 코드블록은 coded-blk_j로 나타낼 수 있고, 계수행렬은 c_ji로 나타낼 수 있다. 또한, 원본 블록은 blk_i로 나타낼 수 있다.

송신단에서 첫 번째 코드블록집합의 n개의 코드블록들을 모두 전송하고, 수신단에서 n개의 코드블록들을 모두 수신하면 원본 블록집합을 복원할 수 있다. 이후, 송신단은 다음 두 번째 블록집합에 포함된 코드블록들을 전송하는 방법으로 데이터 통신이 이뤄진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들로서, 랜덤 선형 부호화 방법을 이용하여 오류를 제어하는 방법에 대하여 설명한다.

랜덤 선형 부호화(이하, RLC)를 이용한 통신 방법을 이용하기 위해, 먼저 데이터 블록집합(Data Block Set)의 크기, 코드블록(coded block)의 크기 및 램덤계수(Random coefficient)의 갈로이스 필드(GF: Galois Field)를 정한다. 갈로이스 필드(GF)는 다음과 같이 정할 수 있다. GF(2^2)이면 2 비트의 심볼(Symbol)들을 연산하여 2 비트의 심볼로 만들어 줄 수 있고, GF(2^8)을 사용하면 8 비트의 심볼들 을 연산하여 8 비트의 심볼들로 만들어 줄 수 있다.

데이터 블록집합의 크기와 코드블록의 크기가 결정이 되면 복호화(decoding)에 필요한 부호화된 블록의 개수가 결정될 수 있다. 송신단은 기 결정된 갈로이스 필드에 따라 부호화(coding)에 필요한 랜덤계수(Random Coefficient)들을 이용하여 부호화를 수행할 수 있다. 상기 랜덤계수들은 부호화된 블록들을 전송시 함께 전송될 수도 있고, 미리 생성하여 송수신단이 동일한 정보를 가지고 각 코드블록의 복호화시 사용한 랜덤 계수의 인덱스(index)만을 전송해 줄 수도 있다. 통신 도중에 전송되는 신호가 없어지지 않는 순차적인 데이터 전송의 경우에는 미리 정해진 랜덤 계수들을 순차적으로 사용하여 부호화 및 복호화할 수 있다.

도 2는 다중위상편이변조 방법 및 신호 검출시 경판정(hard decision)에 사용되는 최소거리를 나타내는 도면이다.

통신망에서 이진 데이터(binary data)를 전자파(EM: Electric Magnetic) 신호로 변환하여 송수신하기 위해 변조(modulation) 및 복조(demodulation)를 사용한다. 변조의 대표적 기술로서 다중 위상편이변조(MPSK: Multiple Phase Shift Keying) 방법 등이 있다.

송신단에서는 수신단으로 전송할 데이터를 변조한다. 송신단은 전송할 비트 스트림(bit stream)을 해당 변조가 나타낼 수 있는 비트 수로 나누고, 순차적으로 변조된 심볼로 변환한 후 전송한다. 수신단에서는 통신 채널을 통해 수신된 변조된 심볼을 왜곡된 신호에서 가장 거리가 가까운 신호로 추정하여 비트로 복조한다. 이 때, 신호추정에 사용되는 판단 기준인 거리가 최소거리(d_min)이다.

도 2를 참조하면, MPSK는 심볼당 나타낼 수 있는 정보에 따라 1 비트 정보를 나타낼 수 있는 이진 위상편이변조(BPSK: Binary PSK)와 2 비트의 정보를 나타낼 수 있는 직교위상편이변조(QPSK: Quadrature Phase Shift Keying) 방법을 확인할 수 있다. 그 밖에 3 비트의 정보를 나타낼 수 있는 8 PSK 등으로 MPSK를 구분할 수 있다.

도 2(a)에서 1 비트의 정보를 나누는 기준인 판정선(DL: Decision Line)은 세로축이다. 세로축을 기준 축으로 하였을 때, 세로축에서 심볼까지의 거리가 경판정시 사용되는 최소거리(d_min)를 나타낸다.

도 2(b)에서 2 비트의 정보를 나누는 기준인 판정선(DL)은 세로축 및 가로축이다. 즉, 평면을 사분면으로 분할하여 각 사분면에 심볼이 포함된다. 도 2(b)에서 경판정시 사용되는 최소거리(d_min)는 가로축 및 세로축에서의 거리로 나타낼 수 있다.

도 3은 직교진폭변조 방법 및 신호 검출시 경판에 사용되는 최소거리를 나타내는 도면이다.

변조방법의 대표적인 다른 예로서 직교진폭변조(QAM: Quadrature Amplitude Modulation) 방법이 있다. 직교진복변조(QAM) 방법은 4 비트의 정보를 나타낼 수 있는 16 QAM, 6 비트의 정보를 나타낼 수 있는 64 QAM등으로 나눌 수 있다.

도 3(a)에서 4 비트의 정보를 나누는 기준인 판정선(DL)은 세로축 및 가로축 을 기준으로, 각 사분면을 다시 가로축 및 세로축으로 나누는 것으로 표현된다. 따라서, 각 사분면은 다시 사분할되어 전체 4 비트의 정보를 표현할 수 있다.

도 3(b)에서 8 비트의 정보를 나누는 기준인 판정선은 가로축 및 세로축 각각 7 개씩이다. 따라서, 이를 기준으로 전체 8 비트의 정보를 표현할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 송신단 및 수신단의 블록도를 나타낸다.

도 4에서 송신단은 채널 코드 인코더(Channel Code Encoder, 400), 네트워크 코딩 인코더(Network Coding Encoder, 410), 변조기(Modulator, 420) 및 안테나(Antenna, 430a)를 포함한다. 수신단은 안테나(Antenna, 430b), 복조기(Demodulator, 440), 네트워크 코딩 디코더(Network Coding Decoder, 450) 및 채널 코드 디코더(Channel Code Decoder, 460)를 포함한다.

도 4를 참조하면, 이진 입력 데이터가 채널 코드 인코더(400)로 입력된다. 이진 입력 데이터는 채널 코드 인코더를 통해 적절한 형태의 데이터 블록들로 부호화된다. 데이터 블록들은 네트워크 코딩 인코더(410)로 입력된다. 네트워크 코딩 인코더(410)에서 RLC 부호화 방법을 통해 데이터 블록들을 코드블록들로 부호화할 수 있다. 이때, RLC 부호화 방법은 도 1에서 설명한 방법을 적용할 수 있다.

네트워크 코딩 인코더는 RLC 부호화된 코드블록들을 변조기(420)로 전송한다. 변조기에서 코드블록들은 심볼들로 변조된다. 송신단은 변조된 심볼들을 송신단과 수신단 사이에 형성된 통신 채널을 통해 수신단으로 전송한다. 즉, 송신단의 안테나(430a)를 통해 전파된 심볼들은 통신 채널을 통해 수신단의 안테나(430b)로 전송된다. 이때, 통신 채널상에서 잡음(Noise)이 발생할 수 있다.

수신단의 안테나를 통해 수신한 변조된 심볼들은 복조기(440)로 전달된다. 복조기(440)는 채널 환경에 따라 결정된 복조 방법에 따라 복조를 수행한다. 도 4에서 복조기는 전송된 신호를 엄격한 기준으로 검출할 수 있다. 신호 검출의 엄격도는 결정 거리(d_d: decision distance)로서 동적(Dynamic)으로 변경될 수 있다. 이때, 엄격한 판단이 요구될수록 결정거리(d_d)는 짧아진다.

복조기(440)에서 복조된 코드블록들은 네트워크 코딩 디코더(450)로 입력된다. 네트워크 코딩 디코더(450)는 코드블록들을 RLC 복호화 방법을 이용하여 데이터 블록들로 복호화한다. 다만, 복조기(440)에서 엄격한 신호 검출 규칙을 적용하더라도 수신된 신호 자체에 오류가 발생할 수 있다. 이러한 오류를 정정하기 위해 네트워크 코딩 디코더(450)는 송신단으로 ACK/NACK 신호를 이용하여 오류가 발생한 개수만큼의 심볼을 재전송할 것을 요청할 수 있다.

네트워크 코딩 디코더(450)로부터 데이터 블록을 전달받은 채널 코드 디코더(460)는 데이터 블록들을 조합하여 이진 출력 데이터로 변환을 수행한다. 다만, 채널 코드 인코더(400) 및 채널 코드 디코더(460)는 사용자의 요구사항에 따라 선택적으로 사용되며, 본 발명과 상호 보완적인 역할을 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 엄격한 신호 검출 규칙을 적용한 QPSK를 나타내는 도면이다.

도 5는 수신단에서 엄격한 신호 검출 방법을 적용하는 일례를 QPSK를 이용하 여 도식한 도면으로서, 다른 변조방법에도 적용할 수 있다. 도 5를 참조하면, 복조시 신호 검출의 엄격도는 결정거리(d_d)로써 결정될 수 있다. 또한, 결정거리는 채널환경에 따라 동적으로 변경할 수 있다.

이때, 수신단에서 신호 검출시 엄격한 판단이 요구될수록 결정거리(d_d)는 짧아진다. 즉, 결정거리가 짧을 경우 신호 판단에 대한 오류는 적지만 결정거리에 들어오지 않는 신호들은 모두 오류처리가 된다. 반면에, 결정거리가 긴 경우에는 동시에 많은 심볼들을 처리할 수 있으나, 신호 판단에 대한 오류가 발생할 확률이 크기 때문에 잘못 해석된 신호가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 신호 검출의 결정거리는 해당 통신채널의 환경에 따라 동적으로 변경되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 통신채널 환경이 양호한 경우에는 결정거리를 길게 하고, 채널환경이 악화된 경우에는 결정거리를 짧게 하여 데이터의 처리량을 조절할 수 있다. 즉, 채널환경이 좋은 경우에는 결정거리가 짧게 조절하여 데이터 처리량이 줄어들더라도, 오류가 발생할 확률이 감소하므로 신뢰성 있는 통신을 수행할 수 있다. 또한, 채널환경이 좋지 않은 경우에는 결정거리를 길게 조절하여 데이터 처리량을 증가시킬 수 있다.

복조기에서 엄격한 신호 규칙을 적용하더라도 신호 검출시 오류가 발생할 수 있다. 예를 들어, 통신상태가 좋은 경우 신호의 전파가 원하는 곳에 정확히 도달할 수 있다. 다만, 신호 자체에 오류가 발생한 경우가 있을 수 있다. 따라서, 이러한 오류를 정정하기 위해서는 네트워크 코딩 디코더에서는 오류가 발생한 개수만큼 코드블록의 재전송을 송신단으로 요청할 수 있다.

송신단은 수신단에서 요청한 개수만큼 코드블록을 형성하여 다시 전송한다. 수신단은 재전송된 코드블록들을 이용하여 성공적인 RLC 복호화를 수행할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 엄격한 신호검출 규칙 및 RLC를 이용하여 오류를 복구하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 6에서 송신단은 수신단으로 전송할 코드블록들을 생성한다. RLC를 적용하여 코드블록을 생성하는 방법은 도 1을 참조할 수 있다.

송신단은 물리 계층으로 전달된 데이터 버스트(data burst)를 세그먼트(segment)로 분할한다. 세그먼트는 하나의 단위로서 RLC 부호화 또는 복호화되는 단위를 나타낸다. 즉, 세그먼트는 RLC가 적용되기 전에는 데이터 블록집합으로 불릴 수 있으며, RLC가 적용된 후에는 코드블록집합으로 불릴 수 있다.

각 세그먼트의 크기는 송수신단이 초기 연결시 협상하여 결정할 수 있다. 세그먼트의 크기가 결정되면 하나의 세그먼트에 필요한 코드블록의 개수를 결정할 수 있다. 또한, 송신단에서는 HARQ(Hybrid Automatic Request)를 수행하기 위해 세그먼트의 크기를 HARQ에서 사용하는 전송단위(예를 들어, 코드블록)의 크기와 동일하게 결정할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 데이터 블록들을 코드블록들로 부호화하고 변조하여 심볼을 변환한 후 세그먼트를 구성한 모습을 나타낸다.

도 7을 참조하면, 세그먼트는 총 'J'개가 생성된다. 각 세그먼트에 포함되는 심볼의 개수는 'n'개인 것을 가정한다. n 또는 J는 임의의 값으로서 사용자의 요구사항 또는 시스템 환경에 따라 달라질 수 있다. 이때, 도 7에서 심볼이 구성되기 전에 코드블록들을 생성하는 방법은 도 1을 참조할 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 송신단은 도 7과 같이 세그먼트를 구성하고 첫 번째 세그먼트(Segment #1)에 포함된 심볼들(S₁, S₂,..., S_n)을 순차적으로 수신단으로 전송한다(S601).

S601 단계에서 심볼들이 생성된 순서대로 순차적으로 전송될 필요는 없다. 단지 하나의 세그먼트를 구성하는 개수(n)만큼의 심볼들이 모두 수신단으로 전송되면 족하다. 만약, 랜덤 계수를 심볼과 함께 전송하거나 랜덤 계수를 생성할 때 사용한 시드값을 함께 수신단으로 전송한다면, 심볼들을 순차적으로 전송하지 않아도 된다. 다만, 본 발명의 실시예에서는 송신단 및 수신단에서 RLC를 적용할 때, 미리 상호 약속된 랜덤 계수를 사용하기 위해서 심볼들을 순차적으로 전송하는 것을 가정한다.

수신단은 송신단이 전송한 심볼들을 순차적으로 수신한다. 수신단의 복조기(De-modulator)는 엄격한 신호 검출 규칙을 적용하여 오류가 없다고 판단된 심볼들만을 수신단의 네트워크 코딩 디코더로 전달한다. 또한, 수신단의 네트워크 코딩 디코더에서 RLC 복호화를 적용하여 심볼들을 복호화한다. 수신단은 복조기 및 네트워크 코딩 디코더에서 오류를 검출한 심볼의 개수(예를 들어, K개 심볼)만큼 새로운 심볼을 송신단에 재전송할 것을 요청해야한다. 따라서, 수신단은 오류가 발생한 심볼의 개수(K)에 관한 정보를 포함하는 NACK(Non-Acknowledgment) 신호를 송신단으로 전송한다(S602).

S602 단계에서 수신단은 송신단으로부터 심볼들을 수신하는 과정에서 채널 상태에 관한 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 수신단은 MACK 신호에 채널 상태에 관한 정보를 함께 포함시켜 송신단으로 전송할 수 있다.

NACK 신호를 수신한 송신단은 첫 번째 세그먼트(Segment #1)에 포함되는 코드블록들을 RLC 부호화하여 생성시 사용한 랜덤계수와 다른 랜덤계수를 이용하여 k 개의 코드블록을 생성할 수 있다. 예를 들어, 첫 번째 세그먼트의 마지막 코드블록을 생성시 사용한 랜덤계수의 다음 랜덤계수부터 순차적으로 이용하여 k개의 코드블록을 생성할 수 있다. 또한, 송신단은 수신단으로부터 전송된 채널 상태에 관한 정보를 바탕으로 변조방법을 달리할 수 있다. 다만, 동일한 세그먼트에 포함되는 코드블록들은 동일한 변조방법을 이용하여 변조되는 것이 바람직하다(S603).

S603 단계에서 송신단은 채널상태에 따라 변조방법을 동적으로 적용할 수 있다. 즉, 채널환경이 좋은 경우에는 더 엄격한 기준으로 변조율을 높여서 전달하면, 오류율을 줄일 수 있다. 다만, 변조율이 높아지면 데이터의 처리량이 적어지지만, 채널환경이 좋은 만큼 오류률을 줄어들기 때문에 효율적인 데이터 통신이 가능하다. 또한, 채널환경이 나쁜 경우에는 변조율을 낮춰서 전송할 수 있다. 이러한 경우에는 오류율이 높아질 수 있으나, 데이터 처리량이 증가하므로 효율적인 데이터 통신이 가능하다. 즉, 채널환경에 따라 동적으로 변조율을 달리하여 심볼을 생성하면, 고정적으로 변조율을 적용하는 경우보다 효율적인 데이터 통신이 가능하다.

수신단은 k 개의 심볼들(S₁, S₂,...,S_k)을 오류 없이 수신하고, 복조 및 복호화를 성공적으로 수행하면 첫 번째 세그먼트에 대한 원본 데이터를 복원할 수 있다. 또한, 수신단은 k 개의 심볼들을 수신하면서 변화된 채널 상태에 관한 정보를 획득할 수 있다. 따라서, 수신단은 성공적인 복호화 및 변화된 채널 상태에 관한 정보를 송신단에 알려주기 위해 ACK(Acknowledgment) 신호를 송신단으로 전송할 수 있다(S604).

ACK 신호를 수신한 송신단은 수신단에서 첫 번째 세그먼트를 성공적으로 수신하고, 복조 및 복호화를 수행한 것으로 판단한다. 따라서, 송신단은 두 번째 세그먼트에 포함된 심볼들을 순차적으로 수신단으로 전송할 수 있다(S605).

수신단이 k 개의 심볼에서 오류를 검출한 경우, k 개의 오류가 발생했음을 알리기 위해 NACK 신호를 송신단으로 전송할 수 있다(S606).

송신단은 다시 k 개의 심볼을 구성한다. 즉, 두 번째 세그먼트를 구성할 때 사용한 랜덤계수를 이용하여 k개의 코드블록을 다시 생성하고 심볼로 변조한 후 수신단으로 전송할 수 있다(S607).

수신단에서 k 개의 재전송된 심볼들을 수신한 후, 두 번째 세그먼트를 복조 및 복호화하여 원본 데이터를 복원할 수 있다. 따라서, ACK 신호를 송신단으로 전송한다(S608).

상기와 같은 절차들을 J 번째 세그먼트를 모두 전송할 때까지 반복할 수 있다(S609).

본 발명에서 사용되는 랜덤계수(c_{j ,i})는 변조에 따른 갈로이스 필드(GF)를 선택하여 생성될 수 있다. 예를 들어, QPSK 기법을 사용하는 경우 2 비트가 하나의 심볼로 변환된다. 따라서, 2 비트 데이터를 네트워크 코딩(예를 들어, 랜덤 선형 부호화)을 수행하여 2 비트의 코드블록을 생성하여야 하므로, 랜덤계수를 생성하기 위해 GF(2^2)를 사용한다. 만약, 16 QAM 기법을 사용하는 경우에는 4 비트를 이용하므로 GF(2^4)를 사용한다. 또한, 64 QAM 기법을 사용하는 경우에는 6 비트를 이용하므로 랜덤계수를 생성하기 위해 GF(2^6)을 사용할 수 있다. 따라서, RLC 부호화에 사용되는 랜덤계수들은 변조에 따라 선택된 갈로이스 필드(GF) 내에서 임의로 선택된다. RLC 부호화를 이용하여 생성되는 코드블록들도 역시 갈로이스 필드 연산을 통해 생성되므로, 사용된 갈로이스 필드 내의 하나의 수로서 표현할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 랜덤계수들이 미리 생성되어 송신단과 수신단이 모두 공유하고 있음을 가정한다. 통신을 시작할 때 송수신단이 협상을 통해 또는 미리 정해진 값을 통해 네트워크 코딩의 부호화(coding) 및 복호화(decoding)에서 사용할 블록의 개수를 정할 수 있다.

다음 수학식 3은 랜덤계수의 매트릭스(matrix)를 나타내는 일례이다.

수학식 3에서 c_k는 열을 나타내는 벡터이고, c_{j ,i}는 갈로이스 필드 내에서 선택된 랜덤계수들이다. 송신단과 수신단은 처음 동기를 맞춘 후부터 수학식 3과 같은 랜덤계수들을 미리 저장해 놓고, 순차적으로 부호화 및 복호화에 사용할 수 있다. 또한, 사용자의 요구사항 또는 시스템 환경에 따라, 송신단은 생성한 랜덤계수들의 인덱스(index) 번호를 수신단으로 전달해 줄 수도 있다. 수신단은 수신한 인덱스에 해당하는 랜덤계수들을 사용하여 복호화를 수행할 수 있다.

송신단 및 수신단이 동기를 맞춘 후부터 수신단은 물리신호(예를 들어, EM 신호)를 샘플링(smapling) 주기 동안 샘플링한 것을 사용하여 심볼 검출을 수행한다. 따라서, 송신단 및 수신단에서 처음 통신을 수행시 서로 동기를 맞추면 순차적으로 랜덤계수를 이용할 수 있다. 송수신단 간에 동기를 맞출 수 있는 예로서 프레임에 있는 프레임 번호를 보고 사용할 계수를 선택하는 방법이 있다. 또한, 프레임에 특정 정보를 포함시켜 랜덤계수와의 상관관계를 알려주어, 해당 코드블록에 적 용한 랜덤계수를 알려줄 수도 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 적용할 수 있는 랜덤 선형 부호화 방법을 사용하여 데이터 블록 집합들을 부호화하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 2는 다중위상편이변조 방법 및 신호 검출시 경판정(hard decision)에 사용되는 최소거리를 나타내는 도면이다.

도 3은 직교진폭변조 방법 및 신호 검출시 경판에 사용되는 최소거리를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예가 적용되는 송신단 및 수신단의 블록도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 엄격한 신호 검출 규칙을 적용한 QPSK를 나타내는 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 엄격한 신호검출 규칙 및 RLC를 이용하여 오류를 복구하는 방법을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 데이터 블록들을 코드블록들로 부호화하고 변조하여 심볼을 변환한 후 세그먼트를 구성한 모습을 나타낸다.

Claims (6)

1. 송신단으로부터 랜덤 선형 부호화된 제 1 코드블록들을 수신하는 단계;

   상기 제 1 코드블록들을 채널상태에 따라 결정되는 결정거리를 이용하여 복조하는 단계; 및

   상기 제 1 코드블록에 대해 상기 결정거리를 이용하여 오류 여부를 판단하고, 오류가 발생한 경우 오류가 발생한 코드블록의 개수에 대한 정보를 수신확인부정 신호에 포함시켜 상기 송신단으로 전송하는 단계를 포함하는, 통신방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수신확인부정 신호는,

   변화된 채널상태에 대한 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 송신단으로부터, 상기 오류가 발생한 코드블록의 개수만큼 랜덤 선형 부호화된 제 2 코드블록을 수신하는 단계; 및

   상기 제 1 코드블록 및 상기 제 2 코드블록을 이용하여 랜덤 선형 복호화하는 단계를 더 포함하는, 통신방법.
4. (a) 송신단으로부터 랜덤 선형 부호화를 이용하여 코드블록들을 생성하고, 상기 코드블록들을 변조하여 생성된 심볼들을 수신하는 단계;

   (b) 상기 심볼들을 채널상태에 따른 결정거리를 이용하여 상기 코드블록으로 복조하고, 상기 코드블록들을 랜덤 선형 복호화를 수행하여 복호화하는 단계; 및

   상기 (a) 및 (b) 단계에서 오류가 발생한 심볼 및 코드블록의 개수에 관한 정보 및 채널환경에 대한 정보를 포함하는 신호를 전송하는 단계를 포함하는, 통신방법.
5. 송신기으로부터 랜덤 선형 부호화된 제 1 코드블록들을 수신하고, 상기 제 1 코드블록들을 채널환경에 따라 결정되는 결정거리를 이용하여 복조하는 제 1 복조모듈;

   상기 제 1 코드블록에 대해 상기 결정거리를 이용하여 오류 발생 여부를 판단하고, 오류가 발생한 제 1 코드블록의 개수에 대한 정보를 수신확인부정 신호에 포함시켜 상기 송신단으로 전송하는 제 2 복조모듈을 포함하는, 수신기.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 수신기는,

   상기 송신기로부터 상기 오류가 발생한 제 1 코드블록의 개수만큼 랜덤 선형 부호화된 제 2 코드블록을 수신하여, 상기 제 1 코드블록 및 상기 제 2 코드블록을 이용하여 랜덤 선형 복호화를 수행하는 디코더를 더 포함하는, 수신기.

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