KR100350385B1 - 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수신 신호의 전력 레벨에 따라 오류가 발생한 프레임과 재 전송된 프레임간 소프트 결합 방법을 차등적으로 적용함으로써 프레임 재전송 및 소프트 결합에 의한 다이버시티 이득을 극대화하도록 한 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 오류가 발생한 프레임과 재 전송된 프레임의 수신 Eb/Nt를 측정하여 그 수신 전력이 지정된 임계값보다 높은 값을 갖는 프레임에 대해서만 소프트 결합을 수행하도록 하며, 또한, 지정된 임계값 이상을 갖는 경우라 할지라도 두 값의 차이가 지정된 임계값 이상이 되는 경우에는 수신 Eb/Nt가 높은 프레임만을 사용하여 디코딩하도록 함으로써 오류가 발생한 프레임과 재 전송된 프레임간의 소프트 결합에 따른 성능 열화를 방지하도록 한다. 또한 수신 Eb/Nt에 따른 가중치를 적용하여 소프트 결합을 하도록 함으로써 다이버시티 이득을 극대화하도록 한다.

Description

이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법{Method for mixing error/retransmission frame in a mobile communication system}

본 발명은 재전송-레이크(Retransmission-RAKE : 일명 "R-RAKE"라고 칭함) 기법을 적용한 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 합성방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 수신 신호의 전력 레벨에 따라 오류가 발생한 프레임과 재 전송된 프레임간 소프트 결합 방법을 차등적으로 적용함으로써 프레임 재전송 및 소프트 결합에 의한 다이버시티 이득을 극대화하도록 한 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차세대 이동통신 시스템인 IMT-2000 시스템 및 IS-2000 시스템에서는 데이터 전송 시에 프레임의 오류가 발생하게 되면 오류가 발생한 프레임은 삭제하고 해당 프레임을 재 전송하도록 요구하는 자동 재전송 요구(Automatic Retransmission Request : ARQ) 기법이 사용되고 있다.

그러나 이러한 자동 재전송 요구 기법은 다양한 전송률 및 서비스의 질(Quality of Service)을 요구하는 무선 멀티미디어 서비스 환경에 대처하기 어렵다.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서 도입된 것이 재전송-레이크 기법이다.

상기 재전송-레이크 기업은 오류가 발생된 프레임을 버리지 않고 메모리에 저장한 후 재 전송된 프레임과 소프트 합성을 한 후 복호화한다. 이러한 기법을 사용함으로써 소프트 합성에 의한 다이버시티 이득을 얻을 수 있어 재전송 기법의 효율성을 증대시킨다.

첨부한 도면 도 1은 상기와 같은 재전송-레이크 기법이 적용된 일반적인 이동통신 시스템에서 레이크 수신기를 개략적으로 도시한 것이다.

여기서 참조부호 50은 안테나(58)로 수신되는 순방향 링크 신호(60)를 수신하고 복조하는 복조기를 나타내며, 참조부호 56은 베이스밴드에서 디지털화된 I와 Q 채널 샘플(72)을 출력하는 QPSK 다운컨버터 체인을 포함하는 아날로그 전송 및 수신기를 나타내고, 참조부호 68은 디인터리버 및 디코더를 나타내며, 참조부호 70은 마이크로 프로세서를 나타낸다.

이와 같이 구성된 레이크 수신기의 동작은 다음과 같다.

먼저 마이크로 프로세서(70)는 데이터 버스(74)를 통해 복조기(50)를 감시한다. 아울러 복조기(50)내에서 I, Q 샘플(72)은 복수의 핑거(52a ~ 52c)와 탐색기(54)에 제공되며, 상기 탐색기(54)는 핑거(52a ~ 52c)의 할당을 위해 적합한 다중경로 신호 피크를 포함할 것 같은 오프셋의 윈도우를 탐색한다. 탐색 윈도우내의 각각의 오프셋을 위하여 상기 탐색기(54)는 파일럿 에너지를 상기 마이크로 프로세서(70)에 보고한다. 핑거(52a ~ 52c)가 조사되면, 마이크로 프로세서(70)에 의해 할당되지 않거나 트래킹 "약" 경로는 탐색기(54)에 의해 식별된 "강" 경로를 포함하는 오프셋에 할당된다.

일단 핑거(52a ~ 52c)가 할당된 오프셋에서 다중경로 신호로 록 되면, 경로가 소실될 때까지 또는 내부 시간 트래킹 루프를 사용하여 재 할당될 때까지 그 자체의 경로를 트랙킹한다. 이 트래킹 루프는 핑거나 현재 복조하는 오프셋에서 피크의 어는 한쪽의 에너지를 측정한다. 이들 에너지들 사이의 차는 필터링되고 적분되는 매트릭(Metric)을 형성한다.

적분기의 출력은 복조에 사용하기 위하여 칩 간격을 통해 입력 샘플중의 하나를 선택하는 데시메이터(Decimator)를 제어한다. 피크가 이동하면 핑거는 그 이동에 따라 그 데시메이터의 위치를 조절한다. 데시메이팅된 샘플 스트림은 핑거가 할당된 오프셋과 일치하는 PN 시퀀스로 역확산된다. 역확산 I와 Q 샘플은 심벌을 통해 합산되어 파일럿 벡터(I_I, P_Q)를 생성한다. 이들 동일한 역확산 I와 Q샘플은 이동 사용자에 유일한 왈시 코드 할당을 사용하여 커버되지 않은 왈시이고, 역확산 I와 Q 샘플은 심벌을 통해 합산되어 심벌 데이터 벡터(D_I, D_Q)를 생성한다.

여기서 내적(Dot Product) 연산자는 다음과 같이 정의된다.

P_I(n)와 P_Q(n)는 각각 심벌(n)에 대한 파일럿 신호(P)의 I 성분과 Q 성분이고, D_I(n)와 D_Q(n)는 각각 심벌(n)에 대한 데이터 벡터(D)의 I와 Q 성분이다.

파일럿 신호 벡터는 데이터 신호 벡터보다 강하므로 코히어런트 복조를 위한 정확한 위상 기준으로서 사용될 수 있다. 내적은 파일럿 벡터와 동위상의 데이터 벡터 성분의 크기를 계산한다. 내적은 효과적인 결합을 위한 핑거 기여를 가중시키고, 그 핑거에 의해 수신된 파일럿의 상대 강도에 의해 각각의 심벌출력(82a ~ 82c)을 스케일링한다. 그러므로 내적은 복조기(50)에 필요한 핑거 심벌 가중과 위상 보호를 수행한다.

각각의 핑거(52a ~ 52c)가 할당된 경로의 도달 시간의 상대 창에 의해 각각의 핑거(52a ~ 52c)는 핑거 심벌 스트림(82a ~ 82c)을 정렬함으로써, 심벌 결합기(62)가 핑거 심벌 스트림을 합성하여 "소프트 결정" 복조 심벌을 생성하는 데스큐(Deskew) 버퍼를 갖는다. 이 심벌은 본래 전송된 심벌을 정확하게 식별하는 신뢰성에 의해 가중된다. 심벌은, 제1프레임 디인터리버와 순방향 오차 보정이 최대 가능 비터비(Viterbi) 알고리즘을 사용하여 심벌 스트림을 디코딩하는 디인터리버 및 디코더(68)로 전송된다. 디코딩된 데이터는 마이크로 프로세서(70) 또는 또 다른 처리를 위한 음성 보코더 등의 다른 성분에 이용 가능하다.

역방향 링크 상에서 시스템 용량을 최대화하기 위하여 이동 장치로부터의 모든 신호가 셀에서 동일 신호 강도로 수신되는 것이 중요하며, 폐쇄 루프 전력 제어 방법은, 이동 장치에 의해 수신된 신호를 측정하고 이동 장치로 명령을 전송하여 순방향 링크상의 천공 서브 채널의 전력 레벨을 증가시키거나 감소시킴으로써 동작된다.

정확한 복조 및 데이터를 변조하기 위하여 셀에 사용되는 클럭과 국부 발진기 주파수를 정렬하는 데 메커니즘이 필요하다. 각각의 핑거는 외적 연산자를 사용하여 QPSK I, Q 스페이스의 파일럿 벡터의 회전 속도를 측정함으로써 주파수 오차를 평가한다.

각각의 핑거(52a ~ 52c)로부터의 출력되는 심벌의 주파수 오차 평가는 결합되고 주파수 오차 결합기(66)에서 적분된다. 적분기 출력(LO_ADJ)은 아날로그 전송 및 수신기(56)의 TCXO의 전압 제어에 공급되어 CHIPX8 클럭(80)의 클럭 주파수를조절하고, 국부 발진기의 주파수 오차를 보상하기 위한 폐쇄 루프 메커니즘을 제공한다.

한편, 상기와 같이 동작하는 일반적인 이동통신 시스템의 레이크 수신기에 있어서, 종래 재전송-레이크 기법은 첨부한 도면 도 2와 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 단계 ST1에서 프레임을 수신하고, 단계 ST2에서는 그 수신한 프레임을 검사하여 프레임 오류 여부를 판별한다.

상기 판별 결과 프레임 오류가 없는 경우에는 단계 ST7로 이동하여 수신한 프레임을 디코딩하고, 이와는 달리 프레임 오류가 발생한 경우에는 단계 ST3으로 이동하여 수신 프레임을 저장하고, 프레임 재전송을 요구한다.

그 후 단계 ST4에서 재 전송되는 프레임을 수신하면, 단계 ST5에서 다시 재 전송된 프레임의 오류 여부를 검사한다.

상기 검사 결과 프레임 오류가 발생하면, 재 전송된 프레임을 저장하고, 다시 재전송을 요구하며, 이와는 달리 프레임 오류가 없으면 단계 ST6으로 이동하여 이전에 저장한 오류 프레임과 재 전송된 재전송 프레임을 소프트 결합한다.

그런 후 소프트 결합된 프레임을 단계 ST7에서 디코딩하여 다이버시티 이득을 얻게 된다.

그러나 이러한 종래의 재전송-레이크 기법은, 채널 환경의 변화가 심한 경우와 같이 오류가 발생한 프레임과 재 전송된 프레임간의 오류 정도에 차이가 많이 나는 경우 디코딩된 신호가 하나의 프레임만을 사용하는 경우보다 더 왜곡될 수 있는 단점이 있었다.

또한 프레임의 수신 환경을 전혀 고려하지 않음으로써 다이버시티 이득을 극대화하지 못하는 단점도 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 재전송-레이크 기법을 이용하여 프레임을 소프트 합성하는 경우 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 수신 신호의 전력 레벨에 따라 오류가 발생한 프레임과 재 전송된 프레임간 소프트 결합 방법을 차등적으로 적용함으로써 프레임 재전송 및 소프트 결합에 의한 다이버시티 이득을 극대화하도록 한 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 "이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법"은,

오류가 발생한 프레임과 재전송된 프레임의 수신 Eb/Nt를 측정하여 그 수신 전력이 지정된 임계값보다 높은 값을 갖는 프레임에 대해서만 소프트 결합을 수행하도록 한다.

또한, 지정된 임계값 이상을 갖는 경우라 할지라도 두 값의 차이가 지정된 임계값 이상이 되는 경우에는 수신 Eb/Nt가 높은 프레임만을 사용하여 디코딩 하도록 함으로써 오류가 발생한 프레임과 재전송된 프레임간의 소프트 결합에 따른 성능 열화를 방지하도록 한다.

또한 수신 Eb/Nt에 따른 가중치를 적용하여 소프트 결합을 하도록 함으로써 다이버시티 이득을 극대화하도록 한다.

도 1은 재전송-레이크 기법이 적용된 일반적인 이동통신 시스템의 개략적인 구성도이고,

도 2는 종래 이동통신 시스템에서 재전송-레이크의 소프트 결합 방법을 보인 흐름도이고,

도 3은 본 발명에 의한 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법을 보인 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

50 ..... 복조기

52a ~ 52c ..... 핑거

54 ..... 탐색기

56 ..... 아날로그 전송 및 수신기

68 ..... 디인터리버 및 디코더

70 ..... 마이크로 프로세서

이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 적용되는 레이크 수신기를 적용한 이동통신 시스템은 첨부한 도면 도 1과 동일하므로, 그의 자세한 설명은 중복 기재를 회피하기 위해서 생략한다.

첨부한 도면 도 3은 본 발명에 의한 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 프레임을 수신하여 오류를 검사하는 단계(ST101 ~ ST102)와, 상기 검사 결과 프레임 오류가 발생하였을 경우 수신 제1 Eb/Nt를 측정하고, 그 측정값이 미리 설정된 제1 임계치보다 큰가를 비교하는 단계(ST103 ~ ST104)와, 상기 비교 결과 측정한 제1 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 작을 경우 수신 프레임을 제거하고 처음 단계로 리턴하는 단계(ST105)와, 상기 비교 결과 측정한 제1 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 클 경우 수신 프레임을 저장하고, 재전송을 요구하는 단계(ST106)와, 상기 재전송 요구후 재전송 프레임이 수신되면 그 재전송 프레임의 오류 여부를 검사하는 단계(ST107 ~ ST108)와, 상기 검사 결과 재 전송된 프레임에 오류가 발생한 경우 전술한 단계(ST103)로 이동하여 그 이하의 단계를 반복 수행하고, 상기 검사 결과 재 전송된 프레임에 오류가 없는 경우에는 수신 제2Eb/Nt를 측정하고, 그 측정한 제2 Eb/Nt와 상기 제1 임계치를 비교하는 단계(ST109 ~ ST110)와, 상기 비교 결과 상기 제2 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 작을 경우 재 전송된 프레임을 제거하는 단계(ST111)와, 상기 제2 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 클 경우 상기 제2 Eb/Nt에서 상기 제1 Eb/Nt를 감산하고, 그 결과치와 미리 설정된 제2 임계치를 비교하는 단계(ST112)와, 상기 감산 결과치가 상기 제2 임계치보다 클 경우에는 재전송 프레임을 디코딩할 프레임으로 결정하고 상기 재전송 프레임을 디코딩하는 단계(ST113)와, 상기 감산 결과치가 상기 제2 임계치보다 작을 경우에는 가중치를 설정하는 단계(ST114)와, 상기 가중치 설정 후 메모리에 저장된 이전 오류 프레임과 재전송 프레임을 소프트 결합하는 단계(ST115)와, 상기 소프트 결합된 프레임을 디코딩하는 단계(ST116)로 이루어진다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법은, 먼저 단계 ST101에서 임의의 프레임을 수신한다.

그리고 단계 ST102에서 상기 수신한 프레임에 오류가 발생했는지를 검사하여, 오류가 발생하지 않은 경우에는 단계 ST116으로 이동하여 상기 수신한 프레임을 디코딩한다.

한편, 상기 수신한 프레임의 오류를 검사한 결과 수신 프레임에 오류가 발생한 경우에는 단계 ST103에서 수신 Eb/Nt(이하 "제1 Eb/Nt"라 칭함)을 측정한다.

여기서 Eb/Nt는 정보 비트의 에너지(Eb)에 대한 잡음의 스펙트럼 밀도(Nt)의 비율을 뜻한다.

그런 후 단계 ST104에서 상기 측정한 제1 Eb/Nt와 사용 가능한 프레임인지를판별하기 위해서 미리 기준으로 설정한 임계치(이하, "제1 임계치"라 칭함)를 비교하여, 상기 제1 Eb/Nt가 상기 제1 임계치 보다 작을 경우에는 단계 ST105로 이동하여 상기 수신한 프레임을 제거한다. 이것은 수신한 프레임에 많은 오류가 포함되어 있는 것으로 판단할 수 있으며, 이러한 프레임은 소프트 결합에 의한 다이버시티 이득을 보장할 수 없으므로 저장하지 않고 제거한다.

다음으로 단계 ST104에서 비교한 결과 상기 제1 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 클 경우에는 단계 ST106에서 상기 수신한 프레임을 저장하고, 재전송을 요구한다.

이 후 단계 ST107에서 재전송 프레임이 수신되면, 단계 ST108에서 다시 재전송 프레임의 오류 여부를 검사한다. 그리고 상기 검사 결과 재전송 프레임에 오류가 발생한 경우에는 주지한 단계 ST103, ST104, ST105 또는 ST106을 반복 수행한다.

만약 상기 재전송 프레임의 오류를 검사한 결과 상기 재전송 프레임에 오류가 발생하지 않는 경우에는 단계 ST109에서 재전송 프레임의 수신 Eb/Nt(이하, "제2 Eb/Nt"라 칭함)를 측정한다.

이후 단계 ST110에서 상기 측정한 제2 Eb/Nt와 사용 가능한 프레임인지를 판별하기 위해서 미리 기준으로 설정한 상기 제1 임계치를 비교한다. 그 결과 제2 Eb/Nt가 상기 제1 임계치 보다 작을 경우에는 단계 ST111로 이동하여 상기 수신한 프레임을 제거한다. 이것은 수신한 재전송 프레임에 많은 오류가 포함되어 있는 것으로 판단할 수 있으며, 이러한 재전송 프레임은 소프트 결합에 의한 다이버시티이득을 보장할 수 없으므로 저장하지 않고 제거한다.

한편 상기 제2 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 클 경우에는 단계 ST112로 이동하여 상기 제2 Eb/Nt에서 제1 Eb/Nt를 감산하여 그 차이값을 산출한다. 그런 후 상기 산출한 차이값과 디코딩 프레임을 결정하기 위해서 미리 설정된 임계치(이하, "제2 임계치"라 칭함)를 비교한다. 그 결과 상기 차이값이 상기 제2 임계치보다 클 경우에는 단계 ST113으로 이동하여 재전송 프레임을 디코딩할 프레임으로 결정하고, 상기 재전송 프레임만을 디코딩한다. 즉 이 경우는 메모리에 저장한 첫 번째 프레임의 오류가 큰 경우이며, 메모리에 저장한 프레임과 프레임 오류가 없는 재전송 프레임을 소프트 결합해도 다이버시티 이득을 보장할 수 없으므로 재전송 프레임만을 디코딩하는 것이 유리하다.

이렇게 하여 다이버시티 이득을 최대화하게 된다.

다음으로 상기 차이값이 상기 제2 임계치보다 작을 경우에는 단계 ST114에서 저장된 프레임 및 재전송 프레임의 수신 Eb/Nt에 따라 소프트 결합에 사용될 가중치를 설정한다.

그런 후 단계 ST115에서 상기 설정된 가중치에 따라 두 프레임(메모리에 저장한 프레임 및 재전송 프레임)을 소프트 결합하고, 그 결합된 프레임을 단계 ST116에서 디코딩하게 된다.

이렇게 함으로써 프레임 오류가 과다하게 발생한 경우와 재 전송된 프레임과의 오류 정도의 차이가 심한 경우에는 소프트 결합을 수행하지 않게 되며, 수신 Eb/Nt에 근거한 가중치를 적용함으로써 다이버시티 이득을 최대화할 수 있다.

이상에서 상술한 본 발명 "이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법"에 따르면, 수신 신호의 Eb/Nt에 따라 오류가 발생한 프레임을 신호 복원에 이용할 것인지를 결정하며, 또 Eb/Nt값에 근거해 가중치를 설정하여 소프트 결합을 함으로써, 프레임 재전송 및 소프트 결합에 의한 이득을 극대화할 수 있는 이점이 있다.

또한 상기와 같은 이점으로 현재 IS-2000 규격에서 고속 데이터 서비스를 사용할 경우에 본 발명에 의한 재전송-레이트 알고리즘의 적용이 가능한 이점도 있다.

Claims (5)

1. 재전송-레이크 기법을 적용한 이동통신 시스템의 프레임 소프트 합성 방법에 있어서,

   프레임을 수신하여 오류를 검사하고, 그 검사 결과 프레임 오류가 발생한 경우에는 수신 에너지 대 잡음비(제1 Eb/Nt)를 측정하는 단계와; 상기 측정한 제1 Eb/Nt와 미리 설정된 제1 임계치를 비교하고, 그 비교 결과 상기 제1 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 클 경우 수신 프레임을 저장하고, 재전송을 요구하는 단계와; 상기 재전송 요구 후 재전송 프레임이 수신되면 그 재전송 프레임의 오류 여부를 검사하는 단계와; 상기 검사 결과 재 전송된 프레임에 오류가 없는 경우에는 수신 에너지 대 잡음비(제2 Eb/Nt)를 측정하고, 그 측정한 제2 Eb/Nt와 상기 제1 임계치를 비교하는 단계와; 상기 제2 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 클 경우 상기 제2 Eb/Nt에서 상기 제1 Eb/Nt를 감산하고, 그 결과치와 미리 설정된 제2 임계치를 비교하는 단계와; 상기 감산 결과치가 상기 제2 임계치보다 클 경우에는 재전송 프레임을 디코딩할 프레임으로 결정하고 상기 재전송 프레임만을 디코딩하는 단계와; 상기 감산 결과치가 상기 제2 임계치보다 작을 경우에는 소프트 결합을 위한 가중치를 설정하고, 그 가중치에 따라 이전 메모리에 저장한 프레임과 재전송 프레임을 소프트 결합한 후 그 소프트 결합된 프레임을 디코딩하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 임계치는, 사용 가능한 프레임인지를 판별하기 위해서 미리 기준으로 설정한 값임을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 Eb/Nt와 상기 제1 임계치를 비교한 결과 측정한 제1 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 작을 경우 수신 프레임을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 Eb/Nt와 상기 제1 임계치를 비교한 결과 측정한 제2 Eb/Nt가 상기 제1 임계치보다 작을 경우 재 전송된 프레임을 제거하는 단계를 더 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2임계치는, 디코딩 프레임을 결정하기 위해서 미리 설정된 값임을 특징으로 하는 이동통신 시스템에서 오류/재전송 프레임 소프트 합성방법.