JP4064385B2 - 移動通信システムにおけるパケット再伝送のための送受信装置及び方法 - Google Patents

移動通信システムにおけるパケット再伝送のための送受信装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、広帯域符号分割多重接続(Wide-band Code Division Multiple Access: Ｗ−ＣＤＭＡ)移動通信システムに関し、特に、再伝送の時の復号性能を向上させる送受信装置及び方法に関する。
無線通信を遂行する移動通信システムにおいて、高速、高品質のデータサービスに悪影響を与える要因は、チャネル環境に起因する。無線チャネル環境は、白色雑音及びフェーディング(fading)による信号電力の変化、シャドーイング(Shadowing)、端末機の移動及び頻繁な速度変化によるドップラー効果(Doppler effect)、及び他の使用者及び多重経路信号による干渉などによって、しばしば変化する。従って、高速無線データパケットサービスを提供するためには、既存の２世代または３世代移動通信システムの一般的な技術の以外に、より進歩した技術が必要である。こういう技術として、３ＧＰＰ(3rd Generation Partnership Project)及び３ＧＰＰ２は、適応変復調／符号化(Adaptive Modulation & Coding Scheme: 以下、ＡＭＣＳと称する)及び複合再伝送(Hybrid Automatic Repeat Request: 以下、ＨＡＲＱと称する)技法を共通的に言及している。
前記ＡＭＣＳは、ダウンリンクチャネル状態の変化によって変調方式(Modulation Order)及び符号率(Code Rate)を調節する。前記ダウンリンクのチャネル品質情報は、端末(User Equipment: 以下、ＵＥと称する)で受信信号の信号対雑音比(Signal to Noise Ratio: 以下、ＳＮＲと称する)を測定して得ることができる。前記ＵＥは、前記チャネル品質情報をアップリンクを通して基地局(Base Station: ＢＳ)に伝送する。そうすると、前記ＢＳは、前記チャネル品質情報に基づいてダウンリンクのチャネル状態を予測し、前記予測されたチャネル状態によって適した変調方式及びチャネル符号化部の符号率を決定する。
前記ＨＡＲＱは、チャネル品質の以外にも受信バッファのサイズ及びシグナリングなどを含むシステムの複雑度の観点において考慮すべき事項は多いので、これを具現することが容易でない。
現在高速無線データパケット通信システムにおいては、ＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying)、８ＰＳＫ(8-ary PSK)、１６ＱＡＭ(16-ary Quadrature Amplitude Modulation)などの変調方式、及び１／２及び３／４などの符号率が使用される。ＡＭＣＳによると、ＢＳは、自分に隣接したＵＥのように良好なチャネル品質を有するＵＥに対して高次変調方式(例えば、１６ＱＡＭ及び６４ＱＡＭ)及び高符号率３／４を適用し、セルの境界にあるＵＥのように不良のチャネル品質を有するＵＥに対しては低次変調方式(例えば、８ＰＳＫ及びＱＰＳＫ)及び低符号率１／２を適用する。前記ＡＭＣＳは、高速電力制御に依存した既存の方法に比べて、干渉信号をかなり低減させ、移動通信システムの性能を向上させる。
前記ＨＡＲＱは、初期に伝送されたデータパケットのエラーを補償するために使用される再伝送制御技法である。前記ＨＡＲＱは、チェース接合技法(Chase Combining: 以下、ＣＣと称する)、全体リダンダンシー増加技法(Full Incremental Redundancy: 以下、ＦＩＲと称する)及び部分的リダンダンシー増加技法(Partial Incremental Redundancy: 以下、ＰＩＲと称する)に区分される。
前記ＣＣは、再伝送の時に、初期伝送の時に使用されたパケットと同一のパケットを伝送する方式である。受信器は、前記再伝送されたパケットと受信バッファに貯蔵されていた初期伝送パケットを接合することによって、復号化部に入力される符号化ビット(coded Bits)に対する信頼度を向上させて全体的な移動通信システムの性能利得を得ることができる。同一の２つのパケットを接合することは、パケットの反復符号化と類似した効果が発生するので、平均的に約３ｄＢの性能利得効果を得ることができる。
前記ＦＩＲは、パリティビット(Parity Bits)のみを有するパケットを再伝送する。復号化部は、初期伝送の時に伝送されたシステマティックビット(Systematic Bits)だけでなく新しいパリティビットを利用してデータを符号化する。結果的に、復号化性能が向上する。一般的に、低い符号率による性能利得が反復符号化による性能利得より大きいということは、符号化理論において公知のことである。従って、性能利得のみを考慮した場合、前記ＦＩＲは、前記ＣＣより優れた性能を見せる。
前記ＰＩＲは、再伝送の時に、システマティックビットと新しいパリティビットとの組合せからなるパケットを伝送する。受信器は、再伝送されたシステマティックビットを初期伝送されたシステマティックビットと組み合わせて復号することによって、前記ＣＣに類似した効果を得る。さらに、前記ＰＩＲは、新しいパリティビットを使用して復号化することによって、前記ＦＩＲとも類似した効果を得る。前記ＰＩＲは、前記ＦＩＲより比較的に高い符号率を使用するので、前記ＦＩＲと前記ＣＣの中間の性能をみせる。
従って、ＡＭＣＳ及びＨＡＲＱは、独立的な技術であるが、前記２つの方式を接合して使用すると、システムの性能を大きく改善することができる。
図１は、一般的な高速無線データパケット通信システムを構成する送信器を示すブロック図である。図１を参照すると、前記送信器は、チャネル符号化部(Channel Encoder)１１０、レートマッチング部(Rate Controller)１２０、インターリーバ(Interleaver)１３０、変調器(Modulator)１４０、及び制御部(controller)１５０から構成される。サイズＮの伝送ブロック(Transport Blocks)からなる情報ビットを入力すると、前記チャネル符号化器１１０は、所定の符号率(例えば、１／２または３／４)によって前記情報ビットを符号化して符号化ビットを出力する。前記チャネル符号化部１１０は、１／６または１／５の母符号率(mother code rate)を使用してシンボル穿孔またはシンボル反復を通して複数の符号率を支援することができる。前記符号率は、前記制御部１５０によって制御される。
前記符号化ビットは、レートマッチング部１２０によってレートマッチングされる。前記レートマッチングは、一般的に、トランスポートチャネルマルチプレキシング(transport channel-multiplexing)によって遂行されるか、または、前記符号化ビットの数が無線上で伝送されるビットの数と異なる場合、前記符号化ビットに対する反復(Repetition)及び穿孔(Puncturing)によって遂行される。前記レートマッチングされた符号化ビットは、バーストエラー(burst error)によるデータ伝送損失を最小化するために、インターリーバ(Interleaver)１３０によってインターリーブされる。変調器１４０は、前記インターリーブされたビットを前記制御部１５０によって決定された変調方式によって変調する。
前記制御部１５０は、無線ダウンリンクチャネルの状態によって前記チャネル符号化部１１０の符号率及び前記変調器１４０の変調方式を制御する。つまり、前記制御部１５０は、無線環境によって変調方式としてＱＰＳＫ、８ＰＳＫ、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭを選択的に使用するために、ＡＭＣＳ(Adaptive Modulation and Coding Scheme)を支援する。図示されてはいないが、ＵＥは、前記変調されたデータを、データ伝送チャネルを区分するために複数のウォルシュ符号(Ｗ)を使用して拡散し、ＢＳを区分するためにはＰＮ符号を使用して拡散する。
図２は、前記変調器１４０が１６ＱＡＭを使用して変調する時の信号コンスタレーション(constellation)を示す。図２を参照すると、４個の符号化ビットは、１つの変調シンボルを形成し、前記コンスタレーション上の１６個の信号点のうち１つの信号点にマッピングされる。前記１６個の変調シンボルは、受信器における対応する変調シンボルの識別の容易さの程度によって、最高のエラー確率を有する領域(Region)１、領域２、及び最低のエラー確率を有する領域３に分類される。
図３は、付加白色ガウス雑音(Additive White Gaussian Noise: ＡＷＧＮ)環境下のシミュレーションを通して得られる前記領域のエラー確率を示すグラフである。例えば、領域１の変調シンボル６、７、１０、１１は、他の領域の変調シンボルより相対的に高いエラー確率を有する。
１６ＱＡＭまたは６４ＱＡＭのような高次変調方式において変調シンボルは、異なるエラー確率を有する領域に分類されることができる。この場合、既存のＨＡＲＱにおいて、再伝送されるビットは、初期伝送されるビットと同一のエラー確率を有する。従って、エラー確率は、初期伝送及び再伝送の時に同一である。
入力ビットのＬＬＲ(Log Likelihood Ratio)が均一である時、復号性能が向上することは周知のことである。しかしながら、特定のビットが高いエラー確率を有して伝送されることは、システムの復号性能を低下させる。従って、再伝送の時に伝送性能を向上させる新しい再伝送技法が必要になった。
前述した問題点を解決するための本発明の目的は、無線通信システムの性能を向上させるパケット再伝送のための送受信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、無線通信システムにおいてパケット再伝送の信頼度を向上させる送受信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、無線通信システムにおいて受信器がより高い受信確率によってビットを受信することを可能にする送受信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、ＨＡＲＱを支援する移動通信システムにおいてより効率的なパケット再伝送のための送受信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、再伝送されるビットを初期伝送の時とは異なるエラー確率を有するように変更して伝送する送受信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、初期伝送されたビットとは異なるエラー確率を有するように変更された再伝送ビットを受信する受信装置を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、再伝送されるビットを反転する送信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、反転されて再伝送されたビットを復元する受信装置及び方法を提供することにある。
前記目的を解決するための本発明は、受信器からの再伝送要請があると、チャネル符号化部は、入力データを所定の符号率によって符号化して符号化ビットを送信器に出力する。インターリーバは、前記符号化ビットを所定のインターリービング規則によってインターリーブし、ビット反転器は、前記受信器からの再伝送要請が奇数番目の再伝送要請であると、前記インターリーブされた符号化ビットを反転する。次に、変調器は、前記反転した符号化ビットを所定の変調方式によって変調する。
前記受信器において、復調部は、再伝送要請によって受信されるデータを所定の変調方式によって復調して符号化ビットを出力する。ビット反転器は、前記符号化ビットが同一のデータに対する奇数番目の再伝送要請によって受信されているか否かを判断し、奇数番目の再伝送要請によって受信された場合は、前記符号化ビットを反転する。デインターリーバは、前記反転した符号化ビットを所定のデインターリービング規則によってデインターリーブする。接合部は、前記デインターリーブされた符号化ビットを以前の符号化ビットと接合し、チャネル復号化部は、前記接合された符号化ビットを復号して復号された情報ビットを出力する。エラー検査部は、前記復号された情報ビットからパケット単位でエラー検出ビットを抽出し、前記抽出されたエラー検出ビットによって前記復号された情報ビットがエラーを有するか否かを判断する。制御部は、前記情報ビットがエラーを有する場合、前記送信器に前記符号化ビットに対する再伝送を要請する。
前述してきたように本発明は、再伝送の時にバッファに貯蔵されていたビットを、初期伝送の時とは異なる領域の信号点にマッピングすることによって、結果的に、初期伝送ビット及び再伝送ビットのエラー確率を平均化して、復号化効率を向上させることができる。本発明は、単にインターリーバの前端及びデインターリーバ後端にビット反転器を追加することだけで具現できるので、既存の送信器及び受信器の構造を大きく変更させずに著しい効果を得ることができる。
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。
本発明において、複合再伝送(ＨＡＲＱ)は、パケットエラーの発生の時に再伝送によって前記パケットエラーを補正するリンク制御技法である。一般的に、再伝送は、初期伝送に失敗して初期伝送のパケットデータをもう一度伝送することであるので、再伝送の時に新しいデータを伝送することではない。
前述したように、前記ＨＡＲＱは、システマティックビットが再伝送されるか否かによってＨＡＲＱタイII及びＨＡＲＱタイプIIIに区分される。代表的なＨＡＲＱタイプIIとしては、ＦＩＲがあり、ＨＡＲＱタイプIIIとしては、同一のパリティビットが再伝送されるか否かによって区分されるＣＣ及びＰＩＲがある。
後述される本発明は、全ての前記ＨＡＲＱに適用される。つまり、前記ＣＣにおいて、再伝送されるパケットは、初期伝送されたパケットと同一のビットを有し、前記ＦＩＲ及び前記ＰＩＲにおいて、再伝送されるパケットは、初期伝送されたパケットとは異なるビットを有する。本発明は、再伝送されるパケットの伝送効率を向上させるための技術に関するので、再伝送されるパケットが初期伝送されるパケットと同一でない場合にも当然適用できる。しかしながら、以下、前記ＣＣの場合を適用例として説明する。
送信(Transmission)
図４は、本発明の実施形態による符号分割多重接続移動通信システムの送信器を示すブロック図である。図４を参照すると、前記送信器は、ＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check)追加部(Adder)２１０、チャネル符号化器(Channel Encoder)２２０、レートマッチング部(Rate Controller)２３０、インターリーバ(Interleaver)２４０、ビット反転器(Bit Inverter)２５０、反転制御器(Inversion Controller)２５５、変調器(Modulator)２６０、及び制御部(Controller)２７０から構成される。本発明の実施形態において、再伝送の時に符号化したビットを反転して、前記符号化したビットが初期伝送の時とは異なるエラー確率を有する領域にマッピングされるようにする。
前記ＣＲＣ追加部２１０は、入力される情報ビットにパケットデータ単位のエラー検査のためのＣＲＣビットを追加する。前記チャネル符号化部２２０は、前記ＣＲＣビットを含むパケットデータを所定の符号化技法を利用して所定の符号率で符号化する。前記パケットデータは、システマティックビット及び前記システマティックビットのエラー制御ビットであるパリティビットに符号化される。前記符号化技法としては、ターボ符号化(Turbo Coding)及びコンボルーション符号化(Convolutional Coding)がある。
前記所定の符号率は、前記システマティックビットと前記パリティビットの比率を決定する。例えば、前記所定の符号率が１／２である場合、前記チャネル符号化部２２０は、１つの情報ビットの入力に対して１つのシステマティックビット及び１つのパリティビットを出力する。前記所定の符号率が３／４である場合、前記チャネル符号化部２２０は、３つの情報ビットの入力に対して３つのシステマティックビット及び１つのパリティビットを出力する。本発明の実施形態は、前記符号率１／２及び３／４のほかに全ての符号率に対して適用されることができる。
前記レートマッチング部２３０は、前記チャネル符号化部２２０からの符号化ビットに対して反復及び穿孔を遂行することによって、前記符号化ビットのレートマッチングを遂行する。前記レートマッチングされたビットの順は、前記インターリーバ２４０によってランダムに再配置される。前記インターリーブされたシンボルは、再伝送のためにバッファ(図示せず)に貯蔵される。受信器からの再伝送要請があると、前記制御部２７０の制御下で前記バッファに貯蔵されたパケットの全体または一部が出力される。
前記ビット反転器２５０は、前記反転制御器２５５の制御によって再伝送パケットのビットを反転する。前記反転制御器２５５は、パケットの奇数番目の再伝送の時のみに前記ビット反転器２５０を動作させる。前記ビット反転器２５０が毎再伝送に動作されると、毎再伝送において同一のパケットが伝送される。反転されたビットを１番目の再伝送の時に伝送した後に再伝送が要請されると、２番目の再伝送の時には反転されなかったビット(元のビット)を伝送する。
より具体的に、ビット反転が必要でない場合、つまり、初期伝送または偶数番目の再伝送である場合、前記反転制御器２５５は、前記ビット反転器２５０の前端のスイッチをオフ(OFF)にし、バイパス(bypass)スイッチをオン(ON)にして、受信されたビットが前記ビット反転器２５０をバイパスするようにする。逆に、ビット反転が必要である場合、前記反転制御器２５５は、前記ビット反転器２５０の前端のスイッチをオン(ON)にし、バイパススイッチをオフ(OFF)にして、受信されたビットが反転されるようにする。従って、前記ビット反転器２５０は、再伝送の時に、符号化ビットを初期伝送の時の符号化ビットとは異なるエラー確率を有する領域にマッピングさせる。
図４において、前記ビット反転器２５０が前記インターリーバ２４０と前記変調器２６０との間に位置しているが、前記変調器２６０の前であれば前記送信器の他の場所に位置することもできる。例えば、前記ビット反転器２５０は、前記インターリーバ２４０の前端に位置することができる。
前記変調器２６０は、入力された符号化ビットを所定の変調方式によって変調する。
前記制御部２７０は、本発明の実施形態による送信器の各構成の全般的な動作を制御する。まず、前記制御部２７０は、現在の無線チャネル状態によって前記チャネル符号化部２２０の符号率及び前記変調器２６０の変調方式を決定する。さらに、前記制御部２７０は、上位階層(upper layer)からの再伝送要請を処理し、再伝送要請情報を前記反転制御器２５５に提供する。前記再伝送要請情報は、前記受信器からパケットの再伝送が要請されているか否か及び何番目の再伝送が要請されたのかに対する情報である。
本発明の変形された実施形態において、前記反転制御器２５５が前記制御部２７０に統合されることもできる。この場合、前記統合された制御部は、上位階層からのシグナリングによって、前記符号率及び前記変調方式、及びビット反転器２５０を動作させるか否かを決定する。
図５は、図４に示すチャネル符号化部２２０の詳細ブロック図である。前記チャネル符号化部２２０が前記３ＧＰＰ(3rd Generation Partnership Project)から提供される１／６の母符号率(mother code rate)を使用すると仮定する。
図５を参照すると、前記チャネル符号化部２２０は、サイズＮの１つのデータフレームをシステマティックビットフレームＸ(＝ｘ１、ｘ２、…ｘＮ)として出力する。ここで、Ｎは、前記符号率によって決定される。第１構成符号化器２２４は、前記入力されたデータフレームに対して２つの異なるパリティビットフレームＹ１(＝ｙ１１、ｙ１２、…ｙ１Ｎ)及びＹ２(＝ｙ２１、ｙ２２、…ｙ２Ｎ)を出力する。
前記内部インターリーバ２２２は、前記データフレームをインターリーブし、前記インターリーブされたフレームをインターリーブされたシステマティックビットフレームＸ'(＝ｘ'１、ｘ'２、…ｘ'Ｎ)として出力する。第２構成符号化器２２６は、前記インターリーブされたシステマティックビットフレームを２つの異なるパリティビットフレームＺ１(＝ｚ１１、ｚ１２、…ｚ１Ｎ)及びＺ２(＝ｚ２１、ｚ２２、…ｚ２Ｎ)に符号化する。
前記穿孔器２２８は、前記システマティックビットフレームＸ、前記インターリーブされたシステマティックビットフレームＸ'、及び前記パリティビットフレームＹ１、Ｙ２、Ｚ１、Ｚ２を前記制御部２７０から提供される穿孔パターン(Puncturing Pattern)で穿孔することによって、希望するシステマティックビットＳ及びパリティビットＰを生成する。
前記穿孔パターンは、前記チャネル符号化部２２０の符号率及びＨＡＲＱ方式によって決定される。例えば、前記符号率が１／２である場合、ＨＡＲＱタイプIII(ＣＣ及びＰＩＲ)において使用できる穿孔パターンは＜数１＞及び＜数２＞のようである。
Figure 0004064385
Figure 0004064385
ここで、１は、穿孔されずに伝送されるビットを示し、０は、穿孔されるビットを示す。それぞれの入力ビットは、左側の列から右側の列へ穿孔される。
前記ＣＣの場合は、初期伝送または再伝送の時に前記穿孔パターンのいずれか１つを使用し、前記ＰＩＲの場合は、伝送毎に前記穿孔パターンを交互に使用する。
ＨＡＲＱタイプII(ＦＩＲ)を使用する場合、再伝送の時にステマティックビットが穿孔される。この場合、穿孔パターンは、例えば“０１００１０”になる。
前記ＣＣを使用する場合、前記穿孔パターンＰ１(つまり、“１１００００”及び“１００００１”)が使用されると、前記穿孔器２２８は、毎伝送の時にビットＸ、Ｙ１、Ｘ、及びＺ２を出力し、残りのビットに対しては穿孔を遂行する。前記穿孔パターンＰ２(つまり、“１１００００”及び“１０００１０”)を使用すると、前記穿孔器２２８は、毎伝送の時にビットＸ、Ｙ１、Ｘ、及びＺ１を出力し、残りのビットに対しては穿孔を遂行する。
前記ＰＩＲを使用する場合、前記穿孔器２２８は、初期伝送の時にＸ、Ｙ１、 Ｘ、及びＺ２を出力し、再伝送の時にはＸ、Ｙ１、Ｘ、及びＺ１を出力する。
図６は、本発明の実施形態による送信器の動作を示すフローチャートである。図６を参照すると、過程３１０で、前記ＣＲＣ追加部２１０は、伝送のための入力データにエラー検査のためのＣＲＣビットをパケット単位で追加し、過程３２０で、前記チャネル符号化部２２０は、前記ＣＲＣビットを含むパケットデータを符号化する。過程３３０で、前記レートマッチング部２３０は、前記符号化されたビットに対して反復及び穿孔を遂行することによってレートマッチングを遂行する。過程３４０で、前記インターリーバ２４０は、前記レートマッチングされたビットをインターリーブする。
過程３５０で、前記反転制御器２５５は、前記制御部２７０から受信された再伝送要請(Retransmission Request)によって前記パケットが初期伝送されるのか、それとも再伝送されるのかを判断する。初期伝送である場合、前記反転制御器２５５は、前記ビット反転器２５０をバイパスするように前記インターリーブされたビットを制御して前記変調器２６０に提供する。そうすると、過程３８０で、前記変調器２６０は、前記インターリーブされたビットを変調し、過程３９０で、前記変調されたビットが伝送される。
反面、再伝送である場合、過程３６０で、前記反転制御器２５５は、何番目の再伝送であるかを判断する。前記判断結果、偶数番目の再伝送である場合、前記反転制御器２５５は、前記ビット反転器２５０をバイパスするように前記インターリーブされたビットを制御して前記変調器２６０に提供する。そうすると、過程３８０で、前記変調器２６０は、前記インターリーブされたビットを変調し、過程３９０で、前記変調されたビットが伝送される。前記判断結果、奇数番目の再伝送である場合、前記反転制御器２５５は、前記インターリーブされたビットを前記ビット反転器２５０に提供する。そうすると、過程３７０で、前記ビット反転器２５０は、前記インターリーブされたビットを反転する。過程３８０で、前記変調器２６０は、前記反転されたビットを変調シンボル単位で変調し、過程３９０で、前記変調されたビットが伝送される。
前記変調器２６０による変調の時、前記反転されたビットは、反転されなかったビットとは異なるエラー確率を有する領域にマッピングされる。図２を参照すると、初期伝送された符号化ビットが“００００”である場合、この符号化ビットは領域１の信号点７にマッピングされる。再伝送の時、前記符号化ビットは“１１１１”に反転され、前記反転された符号化ビットは領域３の信号点１３にマッピングされる。再伝送の時のエラー確率が変化されると、受信器で接合されるパケットのエラー確率が平均化されるので、復号性能が向上する。
受信(Reception)
図７は、図４に示す送信器に対応する本発明の実施形態による受信器のブロック図である。図７を参照すると、前記受信器は、復調部(Demodulator)４１０、ビット反転器(Bit Inverter)４２０、反転制御器(Inversion Controller)４２５、デインターリーバ４３０、接合部(Combiner)４４０、バッファ(Buffer)４５０、チャネル復号化部(Channel Decoder)４６０、及びＣＲＣ検査部(CRC Checker)４７０から構成される。
前記受信器の動作を説明すると、前記復調部４１０は、前記送信器から受信されるデータを前記変調器２６０で使用された変調方式に対応する復調方式によって復調する。前記ビット反転器４２０は、乗算器である。前記乗算器は、情報ビットを反対の符号に、つまり、１を−１に、−１を１にそれぞれ転換する。前記ビット反転器４２０は、前記反転制御器４２５の制御下で、同一のパケットの奇数番目の再伝送の時にビット反転を遂行する。従って、前記ビット反転器４２０は、図４に示す反転器２５０に対応する。
前記チャネル符号化器２２０から出力される符号化ビットがハード値(hard value)０及び１を有するので、前記送信器は、前記ビット反転器２５０を使用するが、前記受信器は、前記復調部４１０から出力される復調されたビットがソフト値(soft value)−１及び１を有するので、前記反転制御器４２５の制御下で、それぞれの入力されたビットに選択的に−１を掛ける乗算器４２０を使用する。前記復調部４１０がハード値を出力する場合、前記乗算器４２０は、ビット反転器に替えられる。
前記デインターリーバ４３０は、前記ビット反転器４２０から、または前記復調部４１０から受信された符号化ビットに対して、前記送信器のインターリーバ２４０のインターリービング方法に対応するデインターリービング方法によってデインターリービング動作を遂行する。一方、図７において、前記乗算器４２０は、前記デインターリーバ４３０の前端に位置しているが、他の例において、前記乗算器４２０は、前記送信器の構成と関係なく、前記デインターリーバ４３０の後端に位置することもできる。
前記接合部４４０は、前記バッファ４５０に累積された同一のパケットの符号化ビットを現在受信された符号化ビットと接合する。前記バッファ４５０に累積された同一のパケットの符号化ビットが存在しない場合、つまり、初期伝送である場合、前記接合部４４０は、前記現在受信された符号化ビットを単に出力し、同時に前記バッファ４５０に貯蔵する。前記チャネル復号化部４６０は、前記接合部４４０から受信される符号化ビットを所定の復号化方式によって復号化することによって復元する。この時、前記所定の復号化方式は、前記送信器のチャネル符号化部２２０の符号化方式に対応するターボ復号方式を使用する。ターボ復号方式によって。前記チャネル復号化部４６０は、前記システマティックビット及びパリティビットを入力にしてシステマティックビットを復元する。
前記ＣＲＣ検査部４７０は、前記復号化された情報ビットからパケット単位でＣＲＣビットを抽出し、前記抽出されたＣＲＣビットを利用して前記パケットがエラーを有するか否かを判断する。前記判断結果は、上位階層の受信制御部(図示せず)に提供される。前記受信制御部は、前記パケットがエラーを有しない場合に前記パケットを処理し、前記パケットの受信を確認する応答信号ＡＣＫ(Acknowledge)を送信器に伝送する。反面、前記パケットがエラーを有する場合、前記受信制御部は、前記パケットの再伝送を要求する応答信号ＮＡＣＫ(Non-Acknowledge)を前記送信器に伝送する。
前記ＡＣＫ信号が前記送信器に伝送される場合、バッファ初期化が遂行されて、対応するパケットに対する符号化ビットは前記バッファ４５０から除去される。一方、前記ＮＡＣＫが前記送信器に伝送される場合、前記パケットに対する符号化ビットは、前記バッファ４５０に残る。前記反転制御器４２５は、前記ＮＡＣＫの伝送をカウントして次の再伝送が何番目であるかを判断し、の結果によって前記反転器４２０を制御する。
図８は、本発明の実施形態による受信器の動作を示すフローチャートである。図８を参照すると、過程５１０で、無線伝送チャネルを通してデータが受信されると、過程５２０で、前記復調部４１０は、前記受信データを前記受信器と前記送信器との間に予め設定された変調方式による変調シンボル単位で復調することによって符号化ビットを復元する。過程５３０で、前記反転制御器４２５は、同一のパケットに対するＮＡＣＫの発生をカウントした結果によって、前記符号化ビットが初期伝送のパケットであるか、それとも再伝送のパケットであるかを判断する。
再伝送である場合、過程５３５で、前記反転制御器４２５は、同一のパケットに対する何番目の再伝送であるかを判断する。奇数番目の再伝送である場合、反転制御器４２５は、前記符号化ビットを前記反転器４２０に提供する。そうすると、前記反転器４２０は、過程５４０で、前記符号化ビットを反転する。反面、過程５３０における初期伝送または過程５３５おける偶数番目の再伝送の場合、前記反転制御器４２５は、前記符号化ビット対して前記ビット反転器４２０をバイパスさせる。
前記デインターリーバ４３０は、過程５５０で、前記符号化ビットまたは反転された符号化ビットをデインターリーブし、過程５６０で、前記接合部４４０は、前記インターリーブされたビットを前記バッファ４５０に累積された同一のパケットの符号化ビットと接合する。過程５７０で、前記チャネル復号化部４６０は、前記接合されたビットを前記受信器と前記送信器との間に予め設定された所定の復号化方式によって復号化して元の情報ビットを出力する。
過程５８０で、前記ＣＲＣ検査部４７０は、前記復号された情報ビットからパケット単位でＣＲＣビットを抽出し、ＣＲＣ検査結果を上位階層に報告する。前記パケットがエラーを有しない場合、過程５９０で、前記バッファ４５０が初期化され、前記送信器にＡＣＫが伝送される。そうすると、前記エラーを有しないパケットは、前記上位階層によって処理される。一方、前記パケットがエラーを有する場合、過程５９５で、前記バッファ４５０に貯蔵された符号化ビットは保存され、前記送信器に前記パケットの再伝送を要求するＮＡＣＫが伝送される。
以下、図面を参照して本発明の実施形態による１６ＱＡＭの変調方式を使用する場合の全般的な送受信動作を説明する。
図４に示す送信器において、前記ＣＲＣ追加部２１０は、伝送しようとするデータにパケット単位で所定のＣＲＣビットを追加する。前記チャネル符号化部２２０は、前記ＣＲＣ追加部２１０から受信されたデータを前記送信器と前記受信器との間に予め設定された所定の符号率によって符号化する。
前記チャネル符号化部２２０の動作を図５を参照してより具体的に説明する。前記ＣＲＣビットが追加された前記データは、システマティックビットフレームＸとして出力されると同時に、第１構成符号化器２２４に提供される。前記第１構成符号化器２２４は、前記データを符号化して、相違するパリティビットフレームＹ１及びＹ２を出力する。
前記内部インターリーバ２２２は、前記データをインターリーブし、前記インターリーブされたデータを他のシステマティックビットフレームＸ'として出力する。前記第２構成符号化器２２６は、前記システマティックビットフレームＸ'を符号化して、２つの相違するパリティビットフレームＺ１及びＺ２を出力する。
前記穿孔器２２８は、前記システマティックビットフレームＸ及びＸ'、及び前記パリティビットフレームＹ１、Ｙ２、Ｚ１、及びＺ２を希望する符号率によって所定の穿孔パターンで進行することによって、システマティックビット及びパリティビットから構成される符号化ビットを出力する。前述したように、前記ＨＡＲＱ方式がＣＣである場合、初期伝送の時の穿孔パターンと再伝送の時の穿孔パターンは同一のである。つまり、これは、初期伝送及び再伝送の時に同一のビットが伝送されることを意味する。前記穿孔パターンは、前記穿孔器２２８に貯蔵されているか、または、外部から提供される。図５においては、外部から穿孔パターンが提供される構成である。
前記レートマッチング部２３０は、前記チャネル符号化部２２０から受信される符号化ビットに対してレートマッチングを遂行する。前記インターリーバ２４０は、前記レートマッチングされた符号化ビットを前記送信器と前記受信器との間に予め設定されたインターリービング規則によってインターリーブする。前記反転器２５０は、前記インターリーブされたビットを前記反転制御器２５５の制御下で反転する。図９を参照して、ビット反転動作をより具体的に説明する。
図９は、変調次数が１６である１２ビットのフレームを示す。ここで、１つの変調シンボルは４ビットから構成される。図９を参照すると、第１変調シンボルは[００００]、第２変調シンボルは[１１００]、第３変調シンボルは[０１１１]である。ＮＡＣＫが受信されて再伝送が要求される場合、元のビットは反転される。従って、変調シンボル[００００]は[１１１１]に、変調シンボル[１１００]は[００１１]に、変調シンボル[０１１１]は[１０００]に反転される。
図２の信号コンスタレーションを考慮すると、領域１において初期伝送された変調シンボル[００００]は、領域３においてシンボル[１１１１]として再伝送される。図３のグラフを参照すると、領域１のエラー確率は、領域３のエラー確率よりずっと大きい。特定のシンボルが持続的に大きいエラー確率を有する領域に伝送されることは、システム性能に悪影響を与える。しかしながら、本発明によって、再伝送の時に伝送領域を変えて伝送すると、ビットのエラー確率が平均化されるので、復号性能が向上する。初期伝送の時に領域１に伝送された変調シンボルは、再伝送の時に領域３に伝送されるので、接合の時にシステム性能の向上が保障される。
前述した手順を要約して説明すると、下記のようである。
(１)データパケットを初期伝送する。
(２)前記パケットに対する１番目のＮＡＣＫ信号を受信すると、前記パケットのビットを反転して変調器に提供する。
(３)前記パケットに対する２番目のＮＡＣＫを受信すると、ビットを反転を遂行せずに、前記パケットのビットを変調器に提供する。
(４)３番目及びその以後のＮＡＣＫを受信すると、段階(１)及び(２)、段階(１)及び(３)を交互に遂行する。
(５)前述した段階でＡＣＫ信号を受信すると、バッファを初期化し、新しいパケットを伝送する。
以下、前記送信器のパケット受信動作を説明する。
前記復調部４１０は、前記送信器から受信されるデータを前記送信器で使用された変調方式に対応する復調方式によって復調する。前記復調されたビットは、前記反転制御器４２５の制御下で、前記反転器４２０によって選択的に反転される。前記反転器４２０は、同一のパケットの毎奇数番目の再伝送の時に動作し、この動作を図１０を参照して説明する。図１０に示すビットは、図９に示す伝送ビットに対応する。
１番目のＮＡＣＫ信号によって、図１０の上段部に示すような再伝送ビットは、前記反転器４２０に入力される。前記再伝送ビットは、前記送信器において反転されるので、前記受信器における接合のために図１０の下段部に示す元もビットに反転される。従って、前記復元されたビットは、図９に示す送信器におけるビット反転前の元のビットと同一である。つまり、前記受信器の反転器４２０は、同一のパケットに対して奇数番目のＮＡＣＫ信号が発生する度に前記受信されたビットを反転する機能を遂行する。
前記デインターリーバ４３０は、前記送信器のインターリーバ２４０において使用されたインターリービング規則によって、前記復調部４１０または前記ビット反転器４２０から受信されたビットをデインターリーブする。前記接合部４４０は、前記バッファ４５０に貯蔵された初期伝送ビットと前記デインターリーブされた再伝送ビットを接合する。複数回の再伝送が発生すると、毎再伝送の時に受信された符号化ビットは累積される。前述したように、前記接合は、同一のパケットの符号化ビットに対して遂行される。
前記接合部４４０は、接合のために前記バッファ４５０から以前に受信された符号化ビットを受信する。前記バッファ４５０は、前記ＣＲＣ検査部４７０のＣＲＣ検査結果によって前記以前に受信された符号化ビットを貯蔵する。初期伝送の場合、前記接合器４４０は、前記バッファに符号化ビットを貯蔵し、同時に前記チャネル復号化部４６０に提供する。
前記ＣＲＣ検査部４７０は、復号された情報ビットからパケット単位でＣＲＣビットを抽出し、前記ＣＲＣビットに基づいて前記パケットがエラーを有するか否かを検査する。前記パケットがエラーを有する場合、前記ＣＲＣ検査部４７０は、前記上位階層に前記エラーを報告し、ＮＡＣＫ信号を前記送信器に伝送することによって前記パケットの再伝送を要求する。前記パケットがエラーを有しない場合、前記ＣＲＣ検査部４７０は、前記情報ビットを前記上位階層に伝達し、ＡＣＫ信号を前記送信器に伝送する。
図１１は、ＡＷＧＮ環境下で、本発明及び従来の方法による再伝送のフレームエラー確率を示すグラフである。図１１を参照すると、Ｃｈａｓｅ＿１ｓｔは、初期伝送を示し、Ｃｈａｓｅ＿２ｎｄは、従来の方法による１次再伝送を示し、Ｃｈａｓｅ＿３ｒｄは、従来の方法による２次再伝送を示す。ＢＩ(Bit Inversion)＿２ｎｄは、本発明による１次再伝送を示し、ＢＩ＿３ｒｄは、本発明による２次再伝送を示す。図１１に示すように、本発明において、1次再伝送及び２次再伝送の時に、０．４ｄＢ乃至０．６ｄＢの分だけエラー確率を減少させることができる。
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。
本発明は、有／無線通信における既存の全ての送受信装置に応用することができる。本発明を３ＧＰＰ標準化の会議において論議中である高速無線データパケットサービスに活用する場合、システムの複雑度を増加させずにシステムの全般的な性能を大きく向上させることができる。つまり、既存のシステムのビットエラー率(ＢＥＲ)が低減するので、結果的に、データ処理量を改善することができる。
従来の符号分割多重接続移動通信システムにおける送信器のブロック図である。 符号分割多重接続移動通信システムにおいて、１６ＱＡＭ変調に使用される信号コンスタレーションの例を示す図である。 １６ＱＡＭ変調に使用される信号コンスタレーションの領域のエラー確率を示す図である。 本発明の実施形態による符号分割多重接続移動通信システムにおける送信器のブロック図である。 図４に示すチャネル符号化部の詳細ブロック図である。 本発明の実施形態による符号分割多重接続移動通信システムにおける送信器の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による符号分割多重接続移動通信システムにおける受信器のブロック図である。 本発明の実施形態による符号分割多重接続移動通信システムにおける受信器の動作を示すフローチャートである。 本発明による送信器におけるビット反転を示す図である。 本発明による受信器におけるビット反転を示す図である。 ＡＷＧＮ環境下で、本発明による再伝送の時と従来の方法による再伝送の時とのフレームエラー確率を比較する図である。

Claims (6)

  1. パケットデータストリームを符号化して符号化ビットを発生する符号化器及び前記符号化ビットを変調する変調器から構成された移動通信システムで変調シンボルを生成する方法において、
    再伝送変調シンボルを生成するために、前記符号化器から出力される前記符号化ビットのすべてを反転する過程、及び
    該反転された符号化ビットが、前記変調器で使用される信号コンスタレーションの第１エラー確率を有する第１領域の変調シンボルから第２エラー確率より低い第３エラー確率を有する第３領域の変調シンボルに変換され、前記第３領域の変調シンボルから前記１領域の変調シンボルに変換され、そして、前記第１エラー確率より低い前記第２エラー確率を有する第２領域の変調シンボルから前記第２領域の異なった変調シンボルに変換されるように配置された前記信号コンスタレーションを用いて前記反転された符号化ビットを変調する過程、
    からなることを特徴とする方法。
  2. 受信器からの再伝送要請が奇数番目の再伝送要請である場合、前記符号化ビットを反転することを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 前記変調器は、１６ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)及び６４ＱＡＭの一方を使用することを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 移動通信システムでデータを伝送するための装置において、
    パケットデータストリームを符号化して符号化ビットを発生する符号化器と、
    再伝送変調シンボルを生成するために、前記符号化ビットのすべてを反転する変換器と、
    該反転された符号化ビットが、信号コンスタレーションの第１エラー確率を有する第１領域の変調シンボルから第２エラー確率より低い第３エラー確率を有する第３領域の変調シンボルに変換され、前記第３領域の変調シンボルから前記１領域の変調シンボルに変換され、そして、前記第１エラー確率より低い前記第２エラー確率を有する第２領域の変調シンボルから前記第２領域の異なった変調シンボルに変換されるよう配置された前記信号コンスタレーションを用いることにより前記反転された符号化ビットを変調シンボルにマッピングするための変調器と、
    を備えた装置。
  5. 受信器からの再伝送要請が奇数番目の再伝送要請である場合、前記符号化ビットを反転することを特徴とする請求項４記載の装置。
  6. 前記変調器は、１６ＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)及び６４ＱＡＭの一方を使用することを特徴とする請求項４記載の装置。
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