JP2004512732A - 移動通信システムにおける複合再伝送装置及び方法 - Google Patents
移動通信システムにおける複合再伝送装置及び方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信システムにおけるデータ伝送装置及び方法に関し、特に、伝送中に誤りが発生したデータを再伝送する装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常に、移動通信システムにおいて順方向パケットデータを伝送する場合、移動局には、基地局から順方向(forward)専用チャネル(Dedicated Channel:DCH)が割り当てられる。前記移動通信システムは、衛星システム、ISDN、デジタルセルラー(digital cellular)システム、W−CDMA、UMTS、及びIMT−2000を通称する。前記移動局は、前記順方向パケットデータを受信する場合、前記受信が成功に遂行されたか否かを判断し、成功に遂行された場合は、前記パケットデータを上位階層に伝達する。しかしながら、前記パケットデータから誤りが検出された場合、前記移動局は、複合再伝送方式(Hybrid Automatic Repeat Request: 以下、HARQと称する)によって再伝送を要請する。前記HARQは、誤り訂正符号(Forward Error Correction: 以下、FECと称する)、及び誤りが検出されたデータの再伝送を要求するARQ(Automatic Repeat Request)の両方を使用する再伝送方式である。これは、誤り訂正のためのチャネル符号化(channel coding)を使用してデータ伝送効率(throughput)を増加させ、システムの性能を改善する伝送方式である。前記移動通信システムにおいて主に使用されるチャネル符号化方式は、コンボルーション符号化(convolutional coding)及びターボ符号化(turbo coding)がある。
【0003】
一方、HARQシステムは、伝送効率(throughput)を改善するために軟性結合(soft combining)を使用する。前記軟性結合には、パケットダイバーシティ結合(packet diversity combining)及びパケット符号結合(packet code combining)の2つのタイプがある。前記2つの方式を軟性パケット結合(soft packet combining)とも称する。前記パケットダイバーシティ結合は、前記パケット符号結合に比べて性能の面で次善(sub−optimal)の方式であるが、具現の便宜のため、性能上の大きい損失がない場合によく使用される。
【0004】
パケット伝送システムは、伝送効率を増加させるために、前記パケット符号結合方式を使用する。送信器は、それぞれのパケット伝送において異なる符号率を有する符号を伝送する。前記受信されたパケットから誤りが検出される場合、受信器は、再伝送を要求し、前記パケットと再伝送されるパケットとの間の軟性結合(soft combining)を遂行する。前記再伝送されたパケットは、以前のパケットと異なる符号を有する可能性がある。前記パケット符号結合方式は、符号率がRであるN個のパケットを受信して結合し、実効符号率(effective code rate)がR/Nである符号に転換してから復号することによって符号利得(coding gain)を得る方式である。
【0005】
一方、前記パケットダイバーシティ結合において、前記送信器は、それぞれのパケットの伝送において、同一の符号率Rを有する符号を伝送する。前記受信されたパケットから誤りが検出される場合、前記受信器は、再伝送を要求し、前記パケットと前記再伝送されるパケットとの軟性結合を遂行する。前記再伝送されるパケットは、前記以前のパケットと同一の符号を有する。従って、前記パケットダイバーシティ結合方式は、ランダムチャネル上においてシンボルエネルギーの平均化過程(symbol averaging)とみなすことができる。前記パケットダイバーシティ結合方式は、受信シンボルの軟性出力(soft output)を平均することによって雑音電力を減少させ、フェーディングチャネル(fading channel)を通して同一の符号が繰り返して伝送されるので、多重性チャネルによって提供される多重性利得(diversity gain)を獲得することができる。しかしながら、前記パケット符号結合方式は、符号構成(code structure)によって得られる追加的な符号利得(coding gain)を提供しない。
【0006】
大部分のパケット移動通信システムは、具現を容易にするため、パケットダイバーシティ結合を使用し、同期方式のIS−2000システム及び非同期方式のUMTSシステムに適用するために研究されている。その理由は、既存のパケット通信システムがコンボルーション符号(convolutional codes)を使用し、低い符号率の前記コンボルーション符号が使用される場合は、前記パケット符号結合を使用しても大きい利得が提供されないからである。R=1/3を使用するシステムが再伝送を支援する場合、前記パケットダイバーシティ結合方式と前記パケット符号結合方式との性能の差はあまり大きくない。従って、具現の複雑度を考慮して前記パケットダイバーシティ結合方式を使用した。しかしながら、前記ターボ符号は、反復復号(iterative decoding)によって性能特性が“シャノンチャンネルキャパシティリミット(Shannon Channel Capacity limit)”に近接するように設計された誤り訂正符号であり、前記コンボルーション符号とは異なって符号率による性能の差が明らかに存在するので、誤り訂正符号(Forward Error Correction Codes: FEC)としてターボ符号を使用する場合は、他のパケット結合メカニズムが要求される。従って、ターボ符号を再伝送方式に使用するパケット通信システムにおいてパケット符号結合方式を使用することが性能を最適化する方法である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ターボ符号を使用する再伝送システムにおいて、最適の符号結合のためのサブ符号を生成し、前記サブ符号をHARQ方式に適用する装置及び方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、通信システムにおいて、ターボ符号を使用して補完符号(complementary codes)を生成し、前記補完符号をHARQ方式に適用する装置及び方法を提供することにある。
【0008】
本発明のまた他の目的は、移動通信システムにおいて、再伝送されるサブ符号に対してダイバーシティ結合及び符号結合を選択的に遂行する装置及び方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、最初に伝送されるサブ符号に対しては符号結合を遂行し、再伝送されるサブ符号に対してはダイバーシティ結合及び符号結合を選択的に遂行する装置及び方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するための本発明は、移動通信システムにおいて、誤りが検出されたデータを再伝送する装置及び方法を提供する。送信器は、準補完ターボ符号を利用して物理階層パケット情報列からS個のサブ符号Ci(i=0、1、2、…、S−1)を発生し、1番目のサブ符号C0を初期に伝送し、前記初期伝送または以前の再伝送に応答して再伝送要求が受信される度に前記1番目のサブ符号C0の以後のサブ符号を順次に伝送する。最後のサブ符号CS−1の伝送に応答して再伝送要求が受信される場合、前記送信器は、前記1番目のサブ符号C0を伝送し、次に、再伝送要求が受信される度に前記1番目のサブ符号C0の以後のサブ符号を順次に伝送する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従う好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明確にする目的で、関連した公知機能または構成に関する具体的な説明は省略する。
【0011】
1.パケット符号結合 (Packet Code Combining)
以下、本発明は、ターボ符号を使用する再伝送システムにおいて、最適のパケット結合のためのサブ符号を生成する方法を提案し、パケット符号結合方式及びパケットダイバーシティ結合方式をデータ率(data rate)によって選択的に使用するシステムを提案する。さらに、前記提案されたシステムの長所及び性能利得、及び前記システムを運営するためのHARQプロトコルの関して説明する。
まず、前記データ率によってパケット符号結合方式及びパケットダイバーシティ結合方式を選択的に使用するシステムの動作を説明する。
【0012】
例えば、R=1/5のターボ符号を使用するシステムにおいて、再伝送されたパケットの軟性結合によって生成される符号の全体符号率が1/5に至るまでは、パケット符号結合が使用される。次の再伝送されるパケットに対しては、まず、パケットダイバーシティ結合を遂行し、次に、パケット符号結合を遂行する。第1のパケットが1/3の符号率で伝送される場合、再伝送要求の時には全体符号率が1/5になるように、必要なリダンダンシー(redundancy)シンボルを提供する。従って、受信器が2つのパケットを全部受信すると、前記全体符号率は1/5になる。以後に伝送されるパケットに対してはそれぞれを繰り返して伝送し、受信器は、ケットダイバーシティ結合を遂行した後、符号率1/5で再伝送されたパケットをパケット符号結合する。
【0013】
一般的に、符号率が小さいコンボルーション符号の場合、前記パケットダイバーシティ結合方式と前記パケット符号結合との間の性能差はあまり大きくないことが知られている。しかしながら、ターボ符号の場合は、前記コンボルーション符号とは異なって前記差が非常に大きい。前記パケット符号結合は、前記パケットダイバーシティ結合より前記ターボ符号に対して相当の性能利得を提供する。前述した前記ターボ符号の特性から見て、ターボ符号を使用するHARQ TypeII/IIIは、相当の利得率(throughput)の改善を達成することができる。
【0014】
図1は、ターボ符号の場合、パケット符号結合とパケットダイバーシティ結合との間の性能差を示すグラフである。図1に示すように、同一のシンボルエネルギー(Es)を仮定する場合、低い符号率(1/6)のターボ符号は、高い符号率(1/3)のターボ符号より相当の性能利得を有し、前記パケット符号結合から3dBの性能利得を得る。従って、R=1/3のターボ符号をR=1/6のサブ符号をパケット符号結合して生成する場合、1/3より低い符号率を有するターボ符号による利得及び他の符号の符号結合による利得を同時に得ることができる。
【0015】
より具体的に説明すると、同一の符号シンボルエネルギーEs及び同一の所定の符号率を仮定する場合、ターボ符号は、コンボルーション符号とは異なって反復復号が十分提供される時のみに、“シャノンチャンネルキャパシティリミット(Shannon Channel Capacity limit)”に近接する性能を符号率によって提供する。同一の符号シンボルエネルギーEsを仮定する場合、低い符号率のターボ符号が高い符号率のターボ符号より相当の性能利得を提供することは周知である。例えば、符号率がR=1/3からR=1/6に減少する時、“シャノンチャンネルキャパシティリミット(Shannon Channel Capacity limit)”の変化を分析してその性能差を予測することができる。HARQを使用しないシステムにおいて符号率の減少によるシンボルエネルギー(symbol energy)の減少を考慮して既存の符号率によるターボ符号の性能分析を比較すると、HARQを使用するシステムにおいて再伝送毎に同一のシンボルエネルギーEsを使用するので、図1に示す性能曲線に対してR=1/3またはR=1/6に関係なく同一のシンボルエネルギーEsを仮定する。
【0016】
付加的白色ガウス雑音(Additive White Gaussian Noise: AWGN)チャネル上で、R=1/3の符号を1回繰り返して、前記2つの符号をパケットダイバーシティ結合する場合、シンボルエネルギー対雑音比(Es/No)の面から最大利得3dBが得られる。R=1/6の符号を使用する場合も同一である。従って、R=1/3ターボ符号の性能曲線がパケットダイバーシティ結合利得(gain)によって+3dBのスケール(scale)の分だけ左側に平行移動し、R=1/6ターボ符号の性能曲線もR=1/3と同一のシンボルエネルギーを使用する時、+3dBスケールの分だけ左側に平行移動する。ここで、前記性能曲線は、符号率による符号性能の比較のために測定されるエネルギー対雑音比(Eb/No)を基準にして描いた曲線である。結果的に、前記R=1/3ターボ符号の性能曲線とR=1/6ターボ符号の性能曲線との差が前記パケットダイバーシティ結合と前記パケット符号結合との性能差と同一である。前記符号率による性能差は、“シャノンチャンネルキャパシティリミット(Shannon Channel Capacity limit)”によって予測することができ、最小の性能差は、最小要求される信号対雑音比(minimum required SNR)を使用して得ることができる。
【0017】
2.符号率に対して要求される最小のEb/No (Minimum Required Eb/No for code rates)
符号率がRであり、符号器のブロックサイズLが非常に大きいターボ符号を使用するシステムにおいて、誤りのないチャネルを提供するための最小Eb/Noは、式(1)によって決定される。
【数1】
前記数式によると、AWGNにおいてそれぞれの符号率によるターボ符号で要求される最小のEb/Noは、表1のようである。表1において、代表Eb/No(typical Eb/No)は、前記ターボ符号の符号化ブロックサイズLが1024である時、ビットエラー率(Bit error rate : BER)を0.00001より小さくするために要求されるEb/Noを示す。
【0018】
【表1】
【0019】
表1に示すように、符号率3/4、2/3、1/2、3/8、1/3、1/4、1/5、及び1/6に対して、それぞれ要求されるEb/Noは、0.86、0.57、0.0、−0.414、−0.55、−0.82、−.0975、及び−1.084dBである。R=1/3の符号を使用するシステムとR=1/6の符号を使用するシステムとの間には少なくとも0.53dBの性能差が存在する。これは、“シャノンチャンネルキャパシティリミット(Shannon Channel Capacity limit)”による最小の性能差である。実際具現できる復号器及びシステム環境を考慮すると、前記差は増加する。シミュレーションによると、R=2/3の符号を使用してパケット符号結合を使用するシステムとR=2/3の符号を使用してパケットダイバーシティ結合を使用するシステムとの間には約1.12dBの性能差がある。
【0020】
表2は、2/3のサブ符号符号率を使用するシステムにおいて1回の再伝送を遂行した後の、パケット符号結合とパケットダイバーシティ結合との間の性能差を示す。表2に示すように、最小の性能差は1.12dBであり、前記パケット符号結合方式はターボ符号を使用するシステムにおいて高い性能利得を発生する。
【0021】
【表2】
【0022】
前述したように、ターボ符号を使用する再伝送システムにおいて、前記パケット符号結合方式は優れた性能をみせる。従って、本発明は、ターボ符号を使用する再伝送システムにおいて、最適のパケット符号結合のためのサブ符号生成方法を提供する。所定の規則によってパケット符号結合のためのサブ符号を生成すると、前述の符号結合利得を得ることができ、同一のサイズのサブ符号に対してそれぞれの再伝送を要求するシステムの性能を最大化することができる。
【0023】
図2は、本発明の実施形態によるターボ符号を利用してサブ符号を生成するための装置を示すブロック図である。図2に示すように、前記サブ符号を生成する装置は、ターボ符号器、サブ符号発生器204、及び制御器205から構成される。
【0024】
まず、前記ターボ符号器に関して説明すると、第1構成符号器(component encoderまたはconstituent encoder)201は、入力される情報ビットストリームを符号化して第1符号シンボル、つまり、情報シンボルX、第1パリティシンボルY0及びY1を出力する。インターリーバ(interleaver)202は、前記入力される情報ビットストリームを所定の規則によってインターリービングする。第2構成符号器203は、前記インターリービングされた情報ビットストリームを符号化して第2符号シンボル、つまり、情報シンボルX’、第2パリティシンボルY’0及びY’1を出力する。従って、前記ターボ符号器の出力シンボルは、前記第1及び第2符号シンボルである。前記第2構成符号器203から発生する情報シンボルX’は実際伝送されないので、前記ターボ符号器の符号率は1/5になる。
【0025】
サブ符号発生器204は、前記第1構成符号器201及び前記第2構成符号器203から受信される前記第1及び第2符号シンボルから、制御器205の制御下で穿孔及び反復してサブ符号を発生する。前記制御器205は、図7乃至図9のアルゴリズムを通して生成された穿孔(及び反復)マトリックスを貯蔵し、前記穿孔マトリックスによるシンボル選択信号を前記サブ符号発生器204に出力する。そうすると、前記サブ符号発生器204は、前記シンボル選択信号によって所定の穿孔範囲に属する符号シンボルのうち所定の個数のシンボルを選択する。
【0026】
ここで、X、Y0、Y1、Y’0、Y’1は、下記のように定義される。
X’1:システマティックコードシンボル(systematic code symbol)または情報シンボル
X:システマティックコードシンボルまたは情報シンボル
Y0:前記ターボ符号器の上位構成符号器からのリダンダンシーシンボル
Y1:前記ターボ符号器の上位構成符号器からのリダンダンシーシンボル
Y’0:前記ターボ符号器の下位構成符号器からのリダンダンシーシンボル
Y’1:前記ターボ符号器の下位構成符号器からのリダンダンシーシンボル)
【0027】
図7乃至図9は、本発明の実施形態によるサブ符号(または、穿孔マトリックス)を生成するための手順を示すフローチャートである。特に、図7は、前記サブ符号集合において1番目のサブ符号C0を生成するための手順を示し、図8は、前記サブ符号集合において中間サブ符号C1乃至Cs−2を生成するための手順を示し、図9は、前記サブ符号集合において最後のサブ符号Cs−1を生成するための手順を示す図である。
【0028】
以下、ENC1(以下、第1符号シンボルと称する)は、前記第1構成符号器201から出力される情報シンボルX及び第1パリティシンボルY0及びY1を示し、ENC2(以下、第2符号シンボルと称する)は、前記第2構成符号器203から出力される第2パリティシンボルY’0及びY’1を示す。
図7を参照すると、段階401で、送信器で提供できる最大の符号率Rmaxを設定する。前記値は、前記システムにおいて使用される伝送データ率によって大部分与えられる。最小の符号率RminはRmax(=k/n)の整数倍に設定される。Rminは任意に決定されることができるが、通常、ターボ符号の場合に、R=1/7の以下では符号率の減少によって符号利得が飽和されるので、1/6、1/7、またはその以下の符号率を使用する。さらに、受信器の復号器の実際符号率、つまり、母符号率(R)を決定する。前記母符号率(R)は、Rminより大きく設定される。
【0029】
実際システムの具現の時、前記最大符号率Rmax及び最小符号率Rminは既設定される値である。他の意味で、前記最大符号率Rmaxは、生成しようとするサブ符号の符号率を示し、前記最小符号率Rminは、前記サブ符号の符号結合の後の目標(target)符号率を示す。一般的に、前記最小符号率Rminは、前記送信器における符号器の符号率である。
【0030】
段階403で、前記最大符号率Rmax及び最小符号率Rminを使用して式(2)によってサブ符号の個数を計算する。ここで、前記サブ符号の数または穿孔マトリックスの数は、RmaxとRminの比を超過する最小整数である。
【数2】
ここで、
【数3】
は、*の値と同一であるか、より大きい最小整数を示す。
【0031】
段階405で、変数mを初期値1に設定し、段階407で、C(=m×n)を決定する。ここで、Cは、それぞれの穿孔マトリックスの列(column)の数であり、前記最大符号率Rmaxによって決定される。例えば、前記最大符号率が3/4である場合、Cは3、6、9、…になることができ、伝送される第1サブ符号の生成の時には最小の可能値に決定される。ここで、前記最大符号率Rmax=3/4に対して、Cは3に設定される。
【0032】
段階407で、前記変数mとRmax=k/nからの符号シンボルの数である符号長さを乗算して、前記穿孔マトリックスから選択されるシンボルの数であるNsを決定する。Nsは、それぞれの穿孔マトリックス内で選択されるシンボルの数または選択される位置の数であり、C/Rmaxによって計算される。
【0033】
段階409において、(Ns−C)を前記送信器におけるターボ符号器内の構成符号器の数と比較する。前記提案されているターボ符号器は、一般的に2つの構成符号器から構成される。従って、2つの構成符号器が使用されると仮定する。前記ターボ符号器は、既存の他の単一符号を使用する符号器とは異なって、図2に示すように2つの構成符号器が前記インターリーバによって並列に連結された構成を有するので、段階409において、(Ns−C)が2以上であるか否かを検査する。言い換えると、前記ターボ符号器の固有の特性を保存するためには、前記情報シンボルを全て伝送した後、それぞれの構成符号器から少なくとも1つのパリティシンボルが伝送されるべきである。
【0034】
(Ns−C)が2より小さい場合、前記第1パリティシンボル集合及び第2パリティシンボル集合のいずれかから1つのシンボルのみを選択する。ターボ符号の観点から、両方のケースとも問題がある。第2パリティシンボルを使用せずに生成されたサブ符号は、ターボ符号でなく、第1構成符号器のみから構成された拘束長(constraint)K=4のコンボルーション符号であり、前記ターボ符号器において使用可能なインターリーバ利得を提供しない。一方、第1構成符号器からパリティシンボルなしでシステマティックシンボル(systematic symbol)のみが伝送されるので、サブ符号の符号率は1になる。これは、符号利得のない符号化しないシステム(uncoded system)と同様である。従って、ターボ符号器の性能を提供するために、(Ns−C)は2と同一であるか、より大きい値を有すべきである。
【0035】
段階409で、(Ns−C)が2と同一であるか、より大きい場合、段階411で、前記穿孔マトリックスからC個の情報シンボルを選択し、所定のタイプによって残りのシンボルを選択する。タイプ1の場合、段階413で、式(3)によって前記第1パリティシンボル及び前記第2パリティシンボルから前記残りのシンボルを選択する。前記第1パリティシンボルから選択されたシンボルの数は前記第2パリティシンボルから選択されるシンボルの数と同一であるか、より大きい。例えば、前記残りのシンボルの数(Ns−C)が3である場合、式(3)によって第1パリティシンボルから2つのシンボルを選択し、それから、前記第2パリティシンボルから1つのシンボルを選択する。
【数4】
ここで、
【数5】
は、*と同一であるかより小さい最大整数を示す。
【0036】
タイプ2の場合、段階415で、式(4)によって第1パリティシンボル及び第2パリティシンボルから前記残りのシンボルを選択する。a及びbをそれぞれ前記第1及び第2パリティシンボルから選択されるシンボル選択分配比とする場合、前記第1パリティシンボルからa(Ns−C)対(a+b)の比と同一であるか、より大きい最小整数のシンボルを選択し、前記第2パリティシンボルからb(Ns−C)対(a+b)の比と同一であるか小さい最大整数のシンボルを選択する。
【0037】
【数6】
ここで、a+b=1であり、a及びbは、それぞれENC1及びENC2に対するシンボル選択分配比を示す。
【0038】
段階409で、前記条件を満足しないと、つまり、(Ns−C)が2より小さい場合、段階417で、前記変数mを1の分だけ増加させた後、前記手順は段階407に戻る。段階409は、現在の穿孔範囲(穿孔マトリックスのサイズ)内で前記ターボ符号の特性が保存できるサブ符号を生成することができるか否かを決定する段階である。前記ターボ符号の特性を保存することができない場合、段階417で、前記穿孔範囲を拡張する。
【0039】
前述したように、初期穿孔マトリックスは、前記ターボ符号器において、全ての情報シンボルを選択し、第1及び第2パリティシンボル集合から少なくとも1つのシンボルを選択することができるように構成される。
以下、図8を参照して、中間の穿孔マトリックスを生成する方法を説明する。図8の過程を繰り返して、C1乃至Cs−2の穿孔マトリックスを生成する。
【0040】
図8を参照すると、所定のタイプによって段階501または段階503を遂行する。タイプ1の場合、段階501で、式(5)によって前記第1パリティシンボル集合及び第2パリティシンボル集合からNsのシンボルを選択する。Nsは、Rmax(=k/n)から与えられる変数m及び最大符号率の符号シンボル数nを乗算した値である。ここで、kは、n符号シンボルを生成するための情報シンボルの数である。選択される第1パリティシンボルの数は、選択される第2パリティシンボルの数と同一であるか、より大きい。ここで、前記以前に生成された穿孔マトリックスから選択されなかったシンボルを選択する。
【0041】
【数7】
タイプ2の場合、段階503で、式(6)によって前記第1パリティシンボル集合及び前記第2パリティシンボル集合から所定の比率によってNsのシンボルを選択する。a及びbがそれぞれ前記第1及び第2パリティシンボルから選択されるシンボル選択分配比である場合、前記第1パリティシンボルからNs対(a+b)の比と同一であるか、より大きい最小整数のシンボルを選択し、前記第2パリティシンボルからb(Ns)対(a+b)の比と同一であるか、より小さい最大整数のシンボルを選択する。ここで、前記以前の穿孔マトリックスから選択されなかったシンボルを選択する。
【0042】
【数8】
以下、図9を参照して、最後の穿孔マトリックスCs−1を生成する方法を説明する。
【0043】
図9を参照すると、段階601で、以前の穿孔マトリックスから前記選択されなかった残りのシンボルを全て選択する。前記選択されたシンボルの個数はNs2に定義される。段階603で、(Ns−Ns2)によって新しいNsが定義される。図7乃至図9に示す過程によって前記穿孔マトリックスから全ての位置におけるシンボルが選択されるので、前記新しいNsは、反復選択されるシンボルの数になる。段階605で、前記新しいNsが0より大きいか否かを検査する。前記新しいNsが0である場合、前記過程は終了する。前記新しいNsが0より大きい場合は、前記情報シンボルから新しいNsの分だけのシンボルを反復選択する。言い換えると、前記選択されたシンボルを再伝送することを意味する。
【0044】
以下、本発明による前記サブ符号生成過程を具体的な数値の代入を通して説明する。
例えば、Rmax=3/4であり、R=1/5である場合、Rminは1/6になり、Sは6/(4/3)=4.5→5になる。従って、5つの穿孔マトリックスが生成される。
【0045】
{C0,C1,C2,C3,C4}:Rmax=3/4
前記サブ符号の符号率が3/4であり、サブ符号の数が5であるので、前記サブ符号を符号結合すると、((1/S)×Rmax=(1/5) ×(3/4)=3/20)によって前記サブ符号の符号率は3/20になる。これは、2つの情報ビットを伝送する場合、受信器が20個の符号シンボルを受信することを意味する。しかしながら、S×b=5×4=20及びS×a=5×3=15によって生成されるシンボルは15個であるので、前記15個のシンボルのうち所定の5つのシンボルを繰り返して伝送する。前記繰り返されるシンボルは情報シンボルであることが望ましい。前記例において、それぞれのサブ符号において情報シンボルXが1回繰り返されると、復号器は、S個のサブ符号が全て受信される時、情報シンボルがそれぞれのS個のサブ符号に対して2回繰り返されたR=1/5の符号を受信する。
【0046】
3.リダンダンシー選択 ( 準補完符号集合 )
図7乃至図9に示す過程を通して生成されたサブ符号は、一種の補完符号(complementary codes)である。しかしながら、反復選択されるシンボルが存在し、それぞれのサブ符号が異なる特性を有するので、完全な補完符号と言えない。前記サブ符号はターボ符号から生成されるので、準補完ターボ符号(Quasi−Complementary Turbo Codes: 以下、QCTCと称する)と称する。前記準補完ターボ符号を使用するハイブリッドARQシステムは、以下のような再伝送方式を採用する。
【0047】
前記ハイブリッドARQシステムは、パケット符号結合(Packet code combining)を使用する代表的なシステムである。現在提案されているハイブリッドARQシステム、つまり、HARQ TypeI、TypeII、及びTypeIIIにおいてパケット符号結合を使用することができる。前記システムにおいて、前記準補完ターボ符号を使用して再伝送技術を具現ことができる。パケット伝送のための基本単位である情報ビットブロックをトランスポートユニット(Transport Unit: TU)に定義すると、前記ハイブリッドシステムにおいて、それぞれのTU伝送毎に1つのサブ符号Ciを選択する。
【0048】
再伝送の基本単位及び初期伝送に使用されるTUは、同一のサイズを有することも、異なるサイズを有することもできる。全ての伝送に対して、下記のようなQCTC集合を使用する。
前記準補完ターボ符号Cqは、符号集合サイズSを有し、サブ符号Ci(i=0,1,2…S−1)を組み合わせることによって、母符号(mother code)Cを再構成(reconstruction)することができるか、前記母符号の符号率Rmより小さい符号率を有する新しい符号Cqを生成することができる。ここで、前記母符号は、前記符号器(encoder)において使用できる最小の符号率を意味する。次に、前記QCTCは下記のように定義される。
【0049】
【数9】
ここで、Sは符号率Riのサブ符号の数であり、Rmは、母符号率である。
QCTCを使用して初期伝送及びそれぞれの再伝送に対して同一のサイズのTUを伝送するシステムの動作を説明する。勿論、異なるTUを使用する伝送方式も本発明において支援することができる。ここで、説明サブ符号の数Sは4であり、前記母符号の符号率Rは1/5である。
【0050】
<段階1>初期伝送及びそれぞれの再伝送において、その伝送はTU単位で遂行され、前記QCTCのサブ符号Ciが伝送される。
<段階2>初期に伝送されたパケット及び再伝送されたパケットの軟性結合によって生成された全体の符号率が1/5より大きい場合、それぞれの再伝送の要請の時に前記QCTCのサブ符号CiがC0、C1、C2、…、CS−1の順に伝送される。この過程は、パケット符号結合を遂行する段階である。
【0051】
<段階3>初期に伝送されたパケットと再伝送されたパケットの軟性結合によって生成された全体の符号率が1/5と同一であるか、より小さい場合、それぞれの再伝送の要請の時に前記QCTCのサブ符号CiがC0、C1、C2、…、CS−1の順に繰り返して伝送される。この過程は、パケットダイバーシティ結合を遂行する段階である。
<段階4>前記QCTC集合のサイズは、任意の値となることができ、Rmax及びRminによって決定される。母符号率Rが1/5で、再伝送のためのサブ符号率が2/3である場合、最大4つのサブ符号を使用することができる。
表3は、現在IS−2000の1XEVDVシステムにおいて使用できると予想される順方向トラヒックチャネルパケットデータ率(forward traffic channel packet data rates)によるQCTCの集合を示す。ここで、母符号率はR=1/5であり、サブ符号の符号率はR=2/3、1/3、または、1/6である。
【0052】
【表3】
【0053】
表3に示すように、サブ符号の符号率1/6が母符号率1/5より小さいので、それぞれの伝送の時に同一の符号C0が使用される。サブ符号の符号率が1/3である場合は、前記母符号率1/5より大きいので、それぞれの伝送の時に異なる符号C0及びC1が使用される。この場合、前記符号集合のサイズSは2になる。サブ符号の符号率が2/3である場合は、母符号率1/5より大きいので、それぞれの伝送の時に異なる符号C0、C1、C2、C3が使用される。前記符号集合のサイズSは4になる。Sの分だけサブ符号が全て伝送されると、前記受信器は、前記母符号率Rを復元することができ、前記符号器によって提供される最大符号利得を獲得することができる。
【0054】
4 . 準補完符号に対する穿孔マトリックス (Puncturing Matrix for Quasi−complementary codes)
以下、表4は、それぞれのサブ符号の符号率による穿孔マトリックスの例を示す。
【表4】
【0055】
表4に示すように、符号率が1/5であるターボ符号を母符号として使用し、4つの情報ビットによって発生した符号シンボルをもって符号率2/3のサブ符号を生成する場合、4つの情報ビットから20個の符号シンボルが発生する。前記20個のシンボルのうち14個のシンボルを穿孔して符号率2/3のサブ符号を生成する。前記サブ符号をパケットダイバーシティ結合すると、前記穿孔マトリックスによって生成されるC0は、それぞれの再伝送の要求の時に繰り返して伝送される。一方、パケット符号結合を遂行すると、それぞれの再伝送の要求の時に異なる符号シンボルが伝送される。前記集合内の全てのサブ符号(C0、C1、C2、C3)を伝送した後、前記パケットダイバーシティ結合を遂行する。パケット符号結合を使用するHARQ TypeIIIの場合、4回の伝送が遂行された後、前記母符号の符号シンボル全部で復号を遂行することができる。
【0056】
一方、表4の穿孔マトリックスにおける“1”は、その位置のシンボルが選択(または伝送)されることを示し、“0”は、その位置のシンボルが穿孔されることを示す。“2”は、前記位置のシンボルが2回繰り返して伝送されることを意味する。前記穿孔(反復)マトリックスは、下記の条件を満足するように設計される。
<条件1>反復が使用されるQCTCのサブ符号は、情報シンボルXを繰り返す。
【0057】
<条件2>反復を使用する前記QCTCのサブ符号は、情報シンボルXを繰り返す場合、全てのサブ符号を結合した前記QCTCで前記反復周期が最小の一定数になるように設定する。
<条件3>穿孔が使用される場合、前記QCTCのサブ符号は情報シンボルXを除いたリダンダンシーシンボルをなるべく穿孔する。
<条件4>穿孔が使用される場合、前記QCTCのサブ符号は情報シンボルXを除いたリダンダンシーシンボルをなるべく均一に穿孔する。
【0058】
前記穿孔マトリックスの生成条件を満足するR=1/6の穿孔及び反復マトリックスに関して説明する。2回繰り返されたシンボルXを軟性結合した後に復号を遂行するので、実際復号器のために使用される符号率は1/5である。前記情報シンボルXのエネルギーが増加されたR=1/5の符号を使用する場合、通常の均一なシンボルエネルギーを使用するR=1/5の符号に比べて性能が改善される。つまり、繰り返される最も適したシンボルは情報シンボルである。表4に示す穿孔及び反復マトリックス(Puncturing and Repetition Matrix)は、前記情報シンボルの均一な反復を通して前記情報シンボルのエネルギーを増加させるように構成される。
【0059】
表4において、R=1/6の場合、伝送される符号シンボルの数列は下記のようである。
C0:X,X,Y0,Y1,Y’0,Y’1,X,X,Y0,Y1,Y’0,Y’1,…
1つの情報シンボルの入力に対して6つの符号シンボルが生成されるので、前記サブ符号の符号率は1/6になる。前記R=1/6の穿孔及び反復マトリックスに関しては、2回繰り返したシンボルXを軟性結合した後に復号を遂行するので、実際復号器に使用される符号率はR=1/5になる。前記情報シンボルのエネルギーが増加されたR=1/5の符号を使用する場合、均一のシンボルエネルギーを使用するR=1/5の符号に比べて、性能が改善される。言い換えると、繰り返される最も適したシンボルは情報シンボルである。つまり、表4に示す前記R=1/6の穿孔及び反復マトリックスは、情報シンボルの均一な反復を通して情報シンボルのエネルギーが増加されるように構成されると言える。
【0060】
R=1/3の場合、伝送される符号シンボルの数列は下記のようである。
C0:X,Y0,Y’0,X,Y0,Y’0,X,Y0,Y’0,X,Y0,Y’0,…
C1:X,Y1,Y’1,X,Y1,Y’1,X,Y1,Y’1,X,Y1,Y’1,…
1つの情報シンボルの入力に対して3つの符号シンボルが生成されるので、前記サブ符号の符号率は1/3になる。異なる穿孔マトリックスが使用されるので、それぞれの伝送の時には異なる符号が伝送される。C0及びC1を軟性結合した後、Xは2回繰り返して伝送され、それぞれY0、Y1、Y’0、及びY’1は、1回伝送される。従って、この場合、符号率が1/5である復号器を使用することができ、前述した前記穿孔マトリックスの生成条件を満足するので、性能を保障することができる。
【0061】
表4のR=2/3の1番目のケースにおいて、伝送される符号シンボルの数列は下記のようである。
C0:Y0,X,Y’0,Y0,X,Y’0,Y0,X,Y’0,Y0,X,Y’0,…
C1:X,Y’0,Y0,X,Y’0,Y0,X,Y’0,Y0,X,Y’0,Y0,…
C2:Y1,X,Y’1,Y1,X,Y’1,Y1,X,Y’1,Y1,X,Y’1,…
C3:X,Y’1,Y1,X,Y’1,Y1,X,Y’1,Y1,X,Y’1,Y1,…
【0062】
2つの情報シンボルの入力に対して3つの符号シンボルが生成されるので、前記サブ符号の符号率は2/3になる。異なる穿孔マトリックスが使用されるので、それぞれの伝送の時に異なる符号が伝送される。C0、C1、C2、及びC3を軟性結合した後にXは2回繰り返して伝送され、それぞれのY0、Y1、Y’0、及びY’1は1回伝送される。R=1/6のケースと同一に符号率が1/5である復号器を使用することができ、前記穿孔マトリックスが前述した条件を満足するので、性能を保障することができる。
【0063】
表4のR=2/3の2番目のケースにおいて、伝送される符号シンボルの数列は下記のようである。
C0:X,Y0,X,X,Y’0,X,X,Y0,X,X,Y’0,X,X,Y0,X,X,Y’0,X,…
C1:Y’0,Y0,Y’0,Y0,Y0,Y’0,Y’0,Y0,Y’0,Y0,Y0,Y’0,…
C2:Y1,Y1,Y’1,Y’1,Y1,Y’1,Y1,Y1,Y’1,Y’1Y1、Y’1,…
C3:X,Y’1,X,X,Y1,X,X,Y’1,X,X,Y1,X,…
【0064】
4つの情報シンボルの入力に対して6つの符号シンボルが生成されるので、前記サブ符号の符号率は2/3になる。異なる穿孔マトリックスが使用されるので、それぞれの伝送の時に異なる符号が伝送される。C0、C1、C2、及びC3を軟性結合した後にXは2回繰り返して伝送され、Y0、Y1、Y’0、及びY’1は1回伝送される。R=1/6のケースと同一に符号率が1/5である復号器を使用することができ、前記穿孔マトリックスが前述した条件を満足するので、性能を保障することができる。
【0065】
5.伝送プロトコル (Transmission protocol)
トラヒックチャネルにHARQ TypeIIIを適用する方式において、パケット伝送プロトコルは、順方向トラヒックチャネル及び逆方向トラヒックチャネルの両方ともにおいて使用されることができるので、順方向トラヒックチャネル及び逆方向トラヒックチャネルを区別する必要がない場合は、前記両方向のトラヒックチャネルをただトラヒックチャネルと総称する。
【0066】
5.1.伝送パケットの長さと物理チャネルとの関係
HARQ TypeIIIによってトラヒックチャネルを通してパケットを伝送するにおいて、パケットの長さは可変である。伝送しようとする1つのパケットを物理階層パケット(Physical Layer Packet: 以下、PLPと称する)に定義する。1つのPLPは、TUと称する複数のサブパケットを含むことができ、各TUの長さは可変である。従って、PLPの長さも可変である。勿論、1つのPLPに1つのTUを伝達することもできる。
【0067】
以下、HARQ TypeIIIのプロトコルの説明においては、代表的な2つのケースに関して説明する。パケットの長さは、TU、2TU、3TU、または4TUであり、各TUは、少なくとも768または1536ビットを有する。TU=768のパケットをショートフォーマット(Short Format)と称し、TU=1536のパケットをロングフォーマット(Long Format)と称する。1つのPLPに対するTUの最大数は、可変であり、物理伝送チャネルか提供する伝送率によって決定される。ここでは、1つのPLPで4つのTUが伝送されると仮定する。
【0068】
1つのPLPはスロット単位で伝送される。スロット当たりデータの数は、1乃至任意の数まで可変であり、前記物理伝送チャネルが提供する伝送率によって決定される値である。言い換えると、スロットの数は、1つのPLPに対するデータ伝送率によって決定される。例えば、PLPが1乃至32のスロットに該当するショートフォーマット(Short Format)で伝送されるケース、及びPLPが2乃至64のスロットに該当するロングフォーマット(Long Format)で伝送されるケースの2つのケースを考慮する。前記のような区分は、TU=768とTU=1536とを区分することと同一である。TU=768のPLPが最大16個のスロット(slot)に伝送されると仮定する場合、前記のようなTU長さを有するPLPをショートフォーマット(Short Format)と定義する。一方、TU=1536で最大32個のスロットに伝送されるPLPをロングフォーマット(Long Format)と定義する。前記のような定義は、パケットの長さによる定義であり、基本的に前記HARQ TypeIIIプロトコルの動作とは関係ない。しかしながら、前記パケットの長さによるシステムの利得率(Throughput)の変化とは密接な関係がある。
【0069】
5.2.伝送トラヒックからの誤り検出方式及び再伝送方式
1つのPLP内のそれぞれのTUは、独立的な誤り検出符号を有する。従って、再伝送を要求する前に、それぞれのTUから誤りを検出するか、または、1つの誤り検出符号を使用して1つのPLPに全てのTUから誤りを検出することができる。実際、受信器は、受信されたパケットから誤りが検出されているか否かを判断し、前記判断結果をPLP単位で送信器に報告する。しかしながら、再伝送されたPLPは、前記PLP内の個々のTUが誤りを有するか否かによって異なるTU構成を有することができる。
【0070】
図3は、1つのPLPが1つのスロットを使用する場合のHARQ伝送方式を示す。図3に示すように、1つPLPは、隣接した1つのスロットと相互にからみ合って(interlacing)伝送される。4つのスロットのそれぞれに対して異なるパケットを伝送することができ、それぞれのパケットに対して独立したACK/NACK信号が逆方向チャネルを通して伝達される。前記のような構造において、それぞれのPLPは、独立したSW−ARQ(Stop−and−Wait ARQ)プロトコルで動作することができ、所定の逆方向制御信号が前記受信器から前記送信器に伝達される。前記のような構造を“Modulo N HARQ”と定義し、前記からみ合ったスロットの数をNによって決定する。図3において、N=4である。前記からみ合ったスロットを1つの使用者が使用することができ、この場合、それぞれのスロットをPLP伝送のために使用することができる。しかしながら、前記使用者のHARQ TypeIIIプロトコルがSR−ARQ(Selective Repeat−ARQ)として動作し、4つのスロット(N=4)の分だけ伝送されたデータを貯蔵するメモリが前記受信器の物理チャネルに要求される。ここで、前記メモリを必要としないSW−ARQを基準にして説明する。しなしながら、メモリ容量を必要とするSR−ARQに対しても同一の説明ができる。
【0071】
図4は、1つのPLPが2つのスロットを使用する場合のHARQ伝送方式を示す図である。図4に示すように、1つのPLPは、隣接した3つのスロットとからみ合って2つのスロットにわたって伝送される。従って、前記受信器は、2つのスロットを受信した後、完璧な1つのPLPを復元することができる。4つのスロットのそれぞれに対して異なるパケットを伝送することができ、前記パケットに対して独立したACK/NACK信号が逆方向チャネルを通して伝達される。従って、それぞれのPLPは、独立したSW−ARQプロトコルで動作し、所定の逆方向制御信号が前記受信器から前記送信器に伝達される。前記のような構造を“Modulo N HARQ”構造と定義し、前記定義されたNによってからみ合ったスロットの数を決定する。
【0072】
前記送信器は、ACK/NACK識別子ビットのうち少なくとも1つからNACKが検出される場合、順方向トラヒックチャネル(Forward Traffic Channel)を通して表5及び表6に示す準補完符号集合(quasi−complementary code sets)を使用して再伝送が要求されたPLPを伝送する。複数のACK/NACK識別子ビットから多様なACK/NACK組合せが発生することができ、それぞれのケースにおいて、前記送信器は、多様な方式によって再伝送PLPにTUを含むことができる。一般的に、TU伝送は、下記のような条件を満足すべきである。
【0073】
<条件1>ACKで受信されたTUは再伝送されない。
<条件2>NACKで受信されたTUは優先して再伝送され、この時、伝送の優先順位は、前記TUによるQoS(Quality of Service)によって決定される。
<条件3>再伝送PLPのスロットに使用できるビットの総数が、NACKで受信されたTUに対応するビットの数より大きい場合、<条件2>によって決定された最優先順位を有するTUを第1に繰り返して伝送する。
【0074】
<条件4>それぞれのTUに対するQoSを保存すべきである場合、再伝送の時にQoSを維持するために前記TUに加重値を与える。例えば、4つのTUを有するPLPにおいて、TU0、TU1、TU2、及びTU3に割り当てられたQoSがQoS0、QoS1、QoS2、及びQoS3である場合、(QoS0+QoS1+QoS2+QoS3)=1.0であり、TU0のみがACKで受信され、TU1、TU2、及びTU3がNACKで受信される場合、前記QoSは、再伝送のために下記のように設定される。
QoS1=QoS1×(1/(QoS0+QoS1+QoS2))、ここで、(QoS0+QoS1+QoS2)<1.0
QoS2=QoS2×(1/(QoS0+QoS1+QoS2))、ここで、(QoS0+QoS1+QoS2)<1.0
QoS3=QoS3×(1/(QoS0+QoS1+QoS2))、ここで、(QoS0+QoS1+QoS2)<1.0
【0075】
前記のようなQoS決定過程を一般化するために、1つのPLPがP個のTU、TU0、TU1、TU2、…、TU(P−1)を有し、TU(i)、TU(j)、…、TU(s)がNACKで受信された場合(ここで、i,j,…,s∈{0,1,2,3,4,…,P−1})、再伝送されるTUの加重値を下記のように計算する。
QoS(i)=QoS(i)×(1/(QoS(i)+QoS(j)+…+QoS(s)))
ここで、(QoS(i)+QoS(j)+…+QoS(s))<1.0
QoS(j)=QoS(j)×(1/(QoS(i)+QoS(j)+…+QoS(s)))
ここで、(QoS(i)+QoS(j)+…+QoS(s))<1.0
・
・
・
QoS(s)=QoS(s)×(1/(QoS(i)+QoS(j)+…+QoS(s)))
ここで、(QoS(i)+QoS(j)+…+QoS(s))<1.0
前記のように計算することによって、伝送ビットの数がリセットされる。
【0076】
逆方向ACKチャネル(Reverse ACK Channel)を通して受信される全てのACK/NACK識別子ビットがACKを示す時のみに、前記順方向トラヒックチャネルを通して新しいPLPが伝送される。
【0077】
5 . 3.トラヒックチャネルの伝送符号選択方式
トラヒックチャネルを通して伝送されるPLPは、伝送毎に準補完符号を使用して符号化(encoding)される。初期伝送の場合、表5及び表6においてトラヒックチャネルのPLP伝送率(data rate)によって決定される集合サイズ(set size)Sの補完符号集合(complementary code set)からC0が使用される。次に、前記逆方向ACKチャネルを通してNACKが受信される度に、前記トラヒックチャネルにC1、C2、…、CS−1、C0、C1、…の順に伝送される符号が循環されて選択される。
【0078】
【表5】
【0079】
【表6】
【0080】
前記逆方向ACKチャネルを通して3つの連続したNACKが受信されると、前記順方向トラヒックチャネルに対してはC1、C2、C3の順にサブ符号が使用される。2つのNACKがさらに受信されると、前記サブ符号C0及びC1が使用される。次に、ACKが受信されると、伝送を中止し、前記順方向トラヒックチャネルを通して新しいPLPを伝送する。前記送信器は、再伝送毎に準補完符号の種類を知らせないが、前記符号が前記伝送率によって決定された集合サイズSによって0、1、2、…、S−1、0、1、…の順に循環されて伝送されることは前記送信器及び前記受信器の両方に周知のことである。
【0081】
6.逆方向ACKチャネルの構造及び前記チャネルの伝送方式
前記受信器は、それぞれ受信されるPLPに対して誤りが検出されるか否かを示すメッセージを前記逆方向ACKチャネルを通して伝送する。ACK/NACKメッセージによって前記PLPのそれぞれのTU毎に1つのACK/NACK識別子ビットが伝送される。従って、4つの独立したTUが前記順方向トラヒックチャネルを通して伝送される場合、前記逆方向ACKチャネルが4つのACK/NACKビットを伝送する。つまり、TUの数だけのACK/NACKビットが伝送される。
【0082】
6.1.逆方向ACKチャネルを通して伝送されるACK/NACK信号の周期性
本発明で提案するHARQ方式において、SR−ARQまたはSW−ARQプロトコルに関係なく所定のACK/NACK伝送周期が使用され、前記ACK/NACK信号の周期性は、トラヒック伝送率によって決定される。トラヒックチャネルを通して伝送されるそれぞれのサブ符号の長さが1スロットまたは2スロットであり、最大2スロットを受信すると、1つのPLPに対応するサブ符号を常に受信することができる。つまり、トラヒック伝送に使用される全ての符号は、1スロットまたは2スロットで伝送が完了するように決定される。従って、ACK/NACK信号は、所定の周期で、1スロットまたは2スロットで伝送される。表3及び表4は、伝送率によるサブ符号を示す。
【0083】
前記逆方向ACKチャネルを通して伝送される前記ACK/NACKメッセージは、トラヒックチャネルを通して受信されるPLPのパケット伝送率(Packet data rates)及びパケットフォーマット、及び前記PLPが、からみ合ったマルチスロット(multiple slot)を使用するか否かによって、表5及び表6に区分される。前記PLPがショートフォーマットに4つのからみ合ったスロットを使用する場合、それぞれの周期、4スロット(=5msec)及び8スロット(=10msec)によって、2つのケースに区分される。つまり、前記受信器は、前記トラヒックの受信時点から第2スロットの前半部分に前記ACK/NACKメッセージを時間多重化time multiplexing)する。従って、前記ACK/NACKメッセージは、前記受信器が前記トラヒックを受信してから1スロットが進行した後に常に伝送される。
【0084】
前記トラヒックチャネルを通してPLPを受信してから前記逆方向ACKチャネルを通して伝送される第1ACK/NACKをACK/NACK#1とする。次に、図3に示すように、周期4スロットのケースにおいて、それぞれのACK/NACKメッセージは、奇数番目及び偶数番目に関係なく早い終了(early termination)のために使用される。前記ACK/NACKは、さらに、前記順方向トラヒックチャネルを通してPLPを再伝送する時に、準補完サブ符号の転換のための制御メッセージとしても使用される。
【0085】
一方、図4に示すように、周期8スロットのケースにおいて、それぞれのACK/NACKメッセージは、奇数番目及び偶数番目に関係なく早い終了のために使用され、偶数番目のACK/NACKメッセージのみが前記順方向トラヒックチャネルを通したPLPの再伝送の時に準補完サブ符号の転換のための制御メッセージとして使用される。
【0086】
ここで、早い終了とは、前記PLPに割り当てられた全てのスロットが伝送される以前に前記PLPを誤りなしで受信することができる場合、トラヒックチャネルを通したPLPのスロット伝送を中断し、新しいPLPを伝送することによって、伝送効率を増加させるための方式である。
一方、前記PLPがロングフォーマットを使用する場合、それぞれの周期、8スロット(=10msec)及び16スロット(=20msec)によって2つのケースに区分される。奇数番目のACK/NACKメッセージ及び偶数番目のACK/NACKメッセージの機能は、前記ショートフォーマットのケースと同一である。
【0087】
6.2.伝送プロトコルの動作
図5及び図6は、本発明による順方向及び逆方向伝送を示す図である。前述したように、前記ACK/NACKメッセージの伝送は、全ての伝送率に対して、1スロット/PLP及び2スロット/PLPに区分して制御される。
図5は、2スロット/PLPの場合にHARQによるスロット処理を示し、図6は、1スロット/PLPの場合にHARQによるスロット処理を示す図である。前記2つの方式は、再伝送の時のサブ符号の転換を1スロット単位で遂行するか2スロット単位で遂行するかによって区分される。
【0088】
図10、図11、及び図12に示すように、ACK/NACKメッセージは、スロット毎に伝送される。図10は、本発明による前記送信器におけるデータ伝送手順に対する制御動作を示すフローチャートである。図10を参照すると、前記送信器は、段階710で、伝送されるPLPを符号化することによってサブ符号集合を生成する。例えば、図2に示す前記ターボ符号器は、前記サブ符号集合の生成のために使用される。前記サブ符号集合は、前記サブ符号集合のサイズによって個数が決定される異なるサブ符号から構成される。前記サブ符号は、パケット符号結合される。前記サブ符号集合を生成する具体的な動作は、図7乃至図9を参照して前述した。
【0089】
段階712で、前記送信器は、伝送されるサブ符号の数を計数するために、カウント値iを0に設定する。つまり、前記カウント値iは、前記サブ符号集合を構成する全てのサブ符号の伝送が完了しているか否かを判断するために使用される。前記送信器は、段階714で、i番目のサブ符号Ciを伝送フレームを通して伝送し、段階716で、前記伝送されたi番目のサブ符号CiからACK信号が受信されるか否かを判断する。一方、段階714及び段階716の説明において、ACKメッセージが伝送単位(スロット)に対応して伝送されることを説明しているが、前述したように、前記ACKメッセージは、伝送フレームを通して伝送されるサブ符号に対応して伝送されることもできる。図3及び図4を参照すると、1つのスロットを通して1つのサブ符号を伝送する時、それぞれのサブ符号に対応してACK/NACKメッセージを受信する。前記ACK/NACKメッセージを伝送する受信器の動作は、図11及び図12を参照して説明する。
【0090】
前記送信器は、段階716で、前記ACKメッセージを受信すると、段階710に戻して次に伝送するPLPを符号化する。一方、段階716で、前記伝送されるPLPの再伝送が要求されたことを意味するNACKメッセージを受信すると、前記送信器は、段階718で、PLP単位の伝送が完了したか否かを判断する。PLP単位の伝送が完了したと判断される場合、前記送信器は段階720に進行し、PLP単位の伝送が完了していないと判断される場合は段階722に進行する。前記送信器は、段階720で、伝送されるサブ符号を選択するために、つまり、異なる符号を有する同一のPLPを再伝送するために、前記カウント値iを1の分だけ増加させる。前記PLPが複数のスロットから構成され、ACK/NACKメッセージがスロット単位で受信される場合、前記PLPを構成するスロットの伝送が完了するまで前記サブ符号を転換しない。一方、前記ACK/NACKがPLP単位で受信される場合、段階714及び段階718は、1つの過程として遂行されることができる。つまり、前記サブ符号CiがPLP単位で伝送されるので、前記PLP単位の伝送が完了しているか否かを判断する段階718は不要になる。
【0091】
前記送信器は、段階722で、前記カウンタ値iを前記サブ符号の総数Sと比較して、全てのサブ符号が伝送されているか否かを判断する。前記送信器は、iがSより小さいか同一である場合、伝送されるサブ符号が残っていると判断して、段階714に戻る。前記送信器は、段階714で、次のサブ符号を伝送する。一方、前記送信器は、段階722で、iがSより大きい場合、前記全てのサブ符号の伝送が完了したと判断して、段階712に戻り、前記カウント値iを0にリセットした後、前記サブ符号の再伝送動作を繰り返して遂行する。前記のように、前記受信器によって前記伝送されたサブ符号に対してパケットダイバーシティ結合が遂行されるように、前記元のサブ符号を再伝送する。
【0092】
前述したように、再伝送要求を受信すると異なるサブ符号が順次、伝送されるので、前記異なるサブ符号のそれぞれはPLPとみなすことができる。例えば、前記サブ符号集合がC0、C1、C2、…、CS−1のサブ符号から構成される場合、前記送信器は、最初に前記サブ符号C0を前記受信器に伝送する。前記受信器が前記サブ符号C0を成功に受信すると、次のPLPの受信を準備する。しかしながら、前記受信器が前記サブ符号C0を成功裡に受信することができなかった場合は、前記送信器に前記PLPに対する再伝送要求(NACKメッセージ)を伝送する。それから、前記送信器は、次のサブ符号C1を前記受信器に伝送する。これに関連して、それぞれの伝送されるサブ符号はPLPとしてみなすることができる。
【0093】
ここで、図11及び図12を参照して前記受信器におけるデータ受信に対する制御動作を説明する。図11を参照すると、前記受信器は、段階810で、パケットダイバーシティ結合が遂行されるか否かを判断するためにカウント値jを0に設定し、全てのサブ符号が受信されているか否かを判断するために、カウント値iを0に設定する。前述したように、本発明においては、前記パケットダイバーシティ結合及びパケット符号結合が選択的に使用される。つまり、最初に伝送されるPLPに対しては符号結合によって復号を遂行し、その以後に伝送されるPLPに対してはダイバーシティ結合によって復号を遂行した後、符号結合によって復号を遂行する。
【0094】
前記受信器は、段階812で、サブ符号Ciを受信し、814段階で、前記カウント値jを伝送フレームに総数Sと比較することによって、前記サブ符号Ciが最初に伝送されたPLPに属するか否かを判断する。前記jが前記Sより小さいか同一である場合、前記受信器は、前記受信されたサブ符号が前記最初のPLPに属すると判断して、818段階に進行する。前記jが前記Sより大きい場合、前記受信器は、前記受信されたサブ符号が前記最初のPLPに属しないと判断して、段階816に進行する。
【0095】
前記受信器は、段階816で、前記受信された伝送フレームに対してパケットダイバーシティ結合を遂行する。前記ダイバーシティ結合は、前記現在の伝送フレームを通して受信されたサブ符号Ciと以前に受信されたサブ符号のうち前記サブ符号Ciと同一であるサブ符号との間に遂行される。例えば、前記以前のサブ符号がC0、C1、C2、…、CS−1であり、前記現在のサブ符号がC0である場合、段階816で、前記以前のサブ符号C0と前記現在のサブ符号C0との間にダイバーシティ結合が遂行される。
【0096】
前記受信器は、jがSより小さいが同一である場合、または、前記ダイバーシティ結合が完了した場合に、段階818で、符号結合を遂行する。前記符号結合動作は、図12を参照して説明する。
図12において、前記受信器は、段階910で、前記受信されたサブ符号Ciに対してパケット符号結合を遂行する。前記符号結合は、式(8)によって計算される。
【0097】
【数10】
式(8)から分かるように、前記符号結合は、第サブ符号乃至i番目のサブ符号を合計することによって遂行される。前記パケット符号結合によって符号が発生すると、前記受信器は、段階912で、前記発生した符号を使用して前記受信されたサブ符号に関する情報を復号し、段階914で、前記復号した情報に対して誤り検査(CRC検査)を遂行する。前記受信器は、段階916で、前記復号した情報に誤りがあるか否かを判断する。誤りがある場合、前記受信器は、段階918で、前記受信されたサブ符号に対して再伝送要求にNACKメッセージを前記送信器に伝送する。しかしながら、前記復号した情報に誤りがない場合、前記受信器は、段階920で、前記受信されたサブ符号に対するACKメッセージを前記送信器に伝送し、段階810に戻して次のPLPを受信する。
【0098】
前記受信器は、段階918で前記NACKメッセージを伝送した後、段階922で前記受信されたサブ符号Ciを貯蔵してから図11の段階820に進行する。前記受信器は、段階820及び段階822で、前記カウンタ値j及びiをそれぞれ1だけ増加させる。段階824で、前記受信器は、前記PLPを構成する全ての伝送フレームが受信される時点で前記カウンタ値iを0に設定し、次に受信されるPLPを構成する伝送フレームを計数するために、iをSでモジュラ演算し、前記演算結果をiに指定する。従って、iは、0乃至Sの範囲になる。それから、前記受信器は、次のサブ符号を受信するために段階812に戻る。
【0099】
本発明の実施形態による前記受信器は、受信されたサブ符号に対応してACK/NACKメッセージを伝送する。前記ACKメッセージを伝送する場合、前記受信器は、前記次のPLPによるサブ符号を受信する。しかしながら、前記NACKメッセージを伝送する場合、前記受信器は、正常的なサブ符号の受信によるACKメッセージが伝送できるまで、最大S個のサブ符号を受信して符号結合を遂行する。前記S個のサブ符号が成功裡に受信されなかった場合、前記受信器は、同一のPLP受信動作を繰り返し、ダイバーシティ結合及び符号結合を選択的に遂行する。
前述の如く、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲は前記実施形態によって限られるべきではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【0100】
【発明の効果】
前述してきたように、本発明は下記のような効果を有する。
(1)ターボ符号を使用してデータを再伝送する移動通信システムにおいて、本発明による最適のパケット符号結合のためのサブ符号生成する方法は、前記生成されたサブ符号をHARQ方式に利用する場合、伝送効率(throughput)が著しく向上する。
(2)符号結合及びダイバーシティ結合を選択的に使用することによって効率的なデータ伝送を可能にする。
【0101】
(3)ターボ符号を使用する通信システムに再伝送方式において、軟性結合、特に、ターボ符号の特性を考慮したパケット符号結合を使用することによりシステムの利得率(throughput)が改善される。
(4)再伝送方式を使用するパケット通信システムまたは再伝送方式を使用する一般的な通信システムにおいて、誤り訂正符号及び誤り検出を結合した本発明によるHARQ方式によってシステムの性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】ターボ符号を使用するパケットデータシステムにおいて、パケット符号結合とパケットダイバーシティ結合との性能差を示すグラフである。
【図2】本発明の実施形態によるサブ符号生成装置を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施形態によるHARQによるパケット伝送の例を示す図である。
【図4】本発明の実施形態によるHARQによるパケット伝送の他の例を示す図である。
【図5】図3に関連して、物理階層パケットが1つのスロットから構成される場合にHARQによるスロット処理を示す図である。
【図6】図4に関連して、物理階層パケットが2つのスロットから構成される場合にHARQによるスロット処理を示す図である。
【図7】本発明の実施形態による準補完ターボ符号のサブ符号集合において第1サブ符号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図8】本発明の実施形態による準補完ターボ符号のサブ符号集合において中間のサブ符号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図9】本発明の実施形態による準補完ターボ符号のサブ符号集合において最後のサブ符号を生成する方法を示すフローチャートである。
【図10】本発明の実施形態によるHARQによるデータ送信手順を示すフローチャートである。
【図11】本発明の実施形態による複合再伝送方式によるデータ受信手順を示すフローチャートである。
【図12】図11に示す符号結合による制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
201…第1構成符号器
202…インタリーバ
203…第2構成符号器
204…サブ符号発生器
205…制御器
Claims (17)
- 準補完ターボ符号を利用して物理階層パケット情報列からS個のサブ符号Ci(i=0、1、2、…、S−1)を発生するサブ符号発生器を備える符号分割多重接続移動通信システムの送信器で、前記サブ符号Ciを伝送する方法において、
1番目のサブ符号C0を初期に伝送し、前記初期伝送または以前の再伝送に応答して再伝送要求が受信される度に前記1番目のサブ符号C0の以後のサブ符号を順次に伝送する過程と、
最後のサブ符号CS−1の伝送に応答して再伝送要求が受信される場合に前記1番目のサブ符号C0を伝送し、次に、再伝送要求が受信される度に前記1番目のサブ符号C0の以後のサブ符号を順次に伝送する過程と
を含むことを特徴とする方法。 - 各サブ符号は、1つの物理階層パケットを通して伝送され、前記物理階層パケットが複数の伝送フレームからなる場合、前記サブ符号は前記複数の伝送フレームのそれぞれを通して伝送されることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 再伝送要求は、伝送フレームに対応して受信されることを特徴とする請求項2記載の方法。
- 前記伝送フレームは、スロットであることを特徴とする請求項2記載の方法。
- 準補完ターボ符号を利用して物理階層パケット情報列からS個のサブ符号Ci(i=0、1、2、…、S−1)を発生するサブ符号発生器を備える符号分割多重接続移動通信システムの送信器で、1つまたは複数の伝送フレームを有する物理階層パケットによって初期伝送及び再伝送要求に対応して前記S個のサブ符号Ciを受信器に伝送する方法において、
1番目のサブ符号C0を前記受信器に初期に伝送する過程と、
前記1番目のサブ符号C0に応答して前記受信器から再伝送要求を受信すると、2番目のサブ符号C1を伝送し、前記受信器から前記再伝送要求が受信される度に3番目のサブ符号C2乃至最後のサブ符号CS−1を順次に伝送する過程と、
前記最後のサブ符号CS−1に応答して前記再伝送要求を受信すると、前記第1サブ符号C0を伝送し、次に、前記受信器から前記再伝送要求が受信される度に前記2番目のサブ符号C1乃至最後のサブ符号CS−1を順次に伝送する過程と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記受信器に伝送される各サブ符号は1つの物理階層パケットを通して伝送され、前記物理階層パケットが複数の伝送フレームからなる場合、前記サブ符号は、前記複数の伝送フレームのそれぞれを通して伝送されることを特徴とする請求項5記載の方法。
- 再伝送要求は、伝送フレームに対応して受信されることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 前記伝送フレームは、スロットであることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 準補完ターボ符号を利用して物理階層パケット情報列からS個のサブ符号Ci(i=0、1、2、…、S−1)を発生するサブ符号発生器を備える符号分割多重接続移動通信システムの送信器で、1つまたは複数の伝送フレームを有する物理階層パケットによって初期伝送及び再伝送要求に対応して前記S個のサブ符号Ciを受信器に伝送する方法において、
(1)初期伝送の時にカウント値iを初期値に設定する過程と、
(2)i番目のサブ符号を前記伝送フレームを通して前記受信器に伝送する過程と、
(3)前記i番目のサブ符号に応答して前記受信器から再伝送要求が受信されると、1つの物理階層パケットを構成する全ての伝送フレームを通して前記i番目のサブ符号を伝送したか否かを判断する過程と、
(4)前記i番目のサブ符号が前記物理階層パケットを構成する全ての伝送フレームを通して伝送されなかったと判断される場合、次の伝送フレームを通して前記i番目のサブ符号を前記受信器に伝送する過程と、
(5)前記i番目のサブ符号が前記物理階層パケットを構成する全ての伝送フレームを通して伝送されたと判断される場合、前記カウント値iを1の分だけ増加させる過程と、
(6)前記カウント値iが前記サブ符号の数Sより大きい場合は、前記(1)過程に進行し、前記カウント値iが前記サブ符号の数Sより小さいか同一である場合は、前記(2)過程に進行する過程と
を含むことを特徴とする方法。 - 準補完ターボ符号を利用して物理階層パケット情報列からS個のサブ符号Ci(i=0、1、2、…、S−1)を発生し、初期伝送及び再伝送要求に対応して前記S個のサブ符号Ciを順次に伝送し、前記S個のサブ符号Ciが全て伝送される場合、前記S個のサブ符号Ciを繰り返して伝送する符号分割多重接続移動通信システムで前記伝送されるサブ符号を受信する方法において、
前記初期伝送及び前記再伝送要求に対応して伝送されるサブ符号を受信する過程と、
前記受信されたサブ符号が伝送の前に繰り返されなかった場合、前記受信されたサブ符号と前記初期伝送及び以前の再伝送要求によって受信された全てのサブ符号との符号結合を遂行する過程と、
前記受信されたサブ符号が伝送の前に繰り返された場合、前記受信されたサブ符号と前記以前に受信された同一のサブ符号とのダイバーシティ結合を遂行した後、前記受信されたサブ符号と前記初期伝送及び再伝送要求によって受信された全てのサブ符号との符号結合を遂行する過程と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記符号結合の遂行によって出力されるデータに対して誤り検査を遂行し、前記誤り検査によって前記データから誤りが検出される場合、前記データに対する再伝送要求を発生することを特徴とする請求項10記載の方法。
- 前記初期伝送、及び前記再伝送要求によって受信されたサブ符号の数jが前記サブ符号Ciの総数Sより大きい場合、前記受信されたサブ符号が繰り返されたと判断することを特徴とする請求項10記載の方法。
- 前記符号結合は、前記受信されたサブ符号と、前記初期伝送、及び前記以前の再伝送要求によって受信される全てのサブ符号とを合計して遂行されることを特徴とする請求項10記載の方法。
- 準補完ターボ符号を利用して物理階層パケット情報列からS個のサブ符号Ci(i=0、1、2、…、S−1)を発生し、1つまたは複数の伝送フレームからなる物理階層パケットによって初期伝送及び再伝送要求に対応して前記S個のサブ符号Ciを順次に伝送し、前記S個のサブ符号Ciが全て伝送される場合、前記S個のサブ符号Ciを繰り返して伝送する符号分割多重接続移動通信システムで前記伝送されるサブ符号を受信する方法において、
1番目のサブ符号C0に誤りが発生した場合、前記1番目のサブ符号C0に対して前記再伝送要求を発生する過程と、
前記再伝送要求に対応してサブ符号を受信すると、前記初期伝送及び前記再伝送要求によって現在まで受信されたサブ符号の数jと比較することによって、前記受信されたサブ符号が繰り返して受信されたか否かを判断する過程と、
前記受信されたサブ符号が繰り返して受信されなかった場合、前記受信されたサブ符号と、前記初期伝送及び前記以前の再伝送要求によって受信された全てのサブ符号との符号結合を遂行する過程と、
前記受信されたサブ符号が繰り返して受信された場合、前記受信されたサブ符号と前記以前に受信された同一のサブ符号とのダイバーシティ結合を遂行した後、前記初期伝送及び前記以前の再伝送要求によって受信された全てのサブ符号との符号結合を遂行する過程と、
前記符号結合の遂行によって出力されるデータに対して誤り検査を遂行し、誤りが検出された場合は、前記データに対して再伝送要求を発生する過程と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記符号結合は、前記受信されたサブ符号と、前記初期伝送、及び前記以前の再伝送要求によって受信された全てのサブ符号とを合計することによって遂行されることを特徴とする請求項14記載の方法。
- 準補完ターボ符号を利用して物理階層パケット情報列からS個のサブ符号Ci(i=0、1、2、…、S−1)を発生し、1つまたは複数の伝送フレームからなる物理階層パケットによって初期伝送及び再伝送要求に対応して前記S個のサブ符号Ciを順次に伝送し、前記S個のサブ符号Ciが全て伝送された後、前記S個のサブ符号Ciを繰り返して伝送する符号分割多重接続移動通信システムで前記伝送されるサブ符号を受信する方法において、
(a)初期伝送の時に第1カウント値i及び第2カウント値jを初期値に設定する過程と、
(b)i番目のサブ符号Ciを受信する過程と、
(c)前記第2カウント値jを前記サブ符号の総数Sと比較する過程と、
(d)前記第2カウント値jが前記サブ符号の総数Sより大きい場合、前記i番目のサブ符号Ciと前記以前に受信されたi番目のサブ符号とのダイバーシティ結合を遂行する過程と、
(e)前記第2カウント値jが前記サブ符号の総数Sより小さいか同一である場合、または、前記ダイバーシティ結合の遂行が完了した場合、前記受信されたi番目のサブ符号と前記以前に受信されたサブ符号との符号結合を遂行する過程と、
(f)前記符号結合されたデータに対する誤り検査を遂行する過程と、
(g)前記i番目のサブ符号Ciから誤りが検出された場合、再伝送要求を送信器に伝送した後、前記i番目のサブ符号を貯蔵する過程と、
(h)前記第1カウント値i及び前記第2カウント値jを1の分だけ増させ、前記第1カウント値iを前記サブ符号の総数Sでモジュラ演算を遂行し、前記第1カウント値iを前記モジュロ演算した値に更新した後、前記(c)過程に進行する過程と
を含むことを特徴とする方法。 - 符号分割多重接続移動通信システムにおいて、
準補完ターボ符号を利用して物理階層パケット情報列からS個のサブ符号Ci(i=0、1、2、…、S−1)を発生するサブ符号発生器を備え、初期伝送及び再伝送要求に対して前記S個のサブ符号を順次に伝送し、前記S個のサブ符号が全て伝送された後に前記S個のサブ符号を再伝送する送信器と、
前記送信器から順次に受信されたサブ符号のうち同一のサブ符号に対してダイバーシティ結合を遂行した後、前記受信されたサブ符号に対して符号結合を遂行する受信器と、
を含むことを特徴とする装置。
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